BRPI0617224B1 - RECOMBINANT DNA CONSTRUCTS - Google Patents
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Abstract
MÉTODOS PARA PRODUZIR SEMENTE HÍBRIDA. A presente invenção refere-se a métodos para a produção de uma semente híbrida não natural. São também descritos miRNAs específicos e sítios de reconhecimento de miRNA úteis para conferir esterilidade induzida em uma plantação, e construto de DNA recombinante incluindo tais sítios de reconhecimento de miRNA exógeno.METHODS FOR PRODUCING HYBRID SEED. The present invention relates to methods for producing a non-natural hybrid seed. Specific miRNAs and miRNA recognition sites useful for conferring induced sterility in a crop, and recombinant DNA construct including such exogenous miRNA recognition sites are also described.
Description
Esse pedido reivindica o benefício de prioridade dos Pedidos de Patente Provisórios U.S. N° 60/726.106, depositado em 13 de outubro de 2005, e 60/836.246, depositado em 7 de agosto de 2006, que estão incorporados por referência na sua totalidade.This application claims the priority benefit of U.S. Provisional Patent Applications No. 60/726,106, filed October 13, 2005, and 60/836,246, filed August 7, 2006, which are incorporated by reference in their entirety.
As listagens de sequência contidas nos arquivos "38- 21(54232)A. rpt" (tamanho de arquivo de 61 kilobytes, gravado em 12 de outubro de 2005, e depositado com o Pedido Provisório U.S. 60/726.106 em 13 de outubro de 2005), "38-21(54232)B.rpt" (tamanho de arquivo de 68 kilobytes, gravado em 7 de agosto de 2006, e depositado com o Pedido Provisório U. S. 60/836.246 em 7 de agosto de 2006), e "38-21(54232)C.rpt" (tamanho de arquivo de 70 kilobytes, gravado em 19 de setembro de 2006, e depositado com o Pedido Provisório U.S. xx/xxx.xxx em 20 de setembro de 2006) estão incorporadas aqui por referência nas suas totalidades.The sequence listings contained in files "38- 21(54232)A. rpt" (file size 61 kilobytes, recorded October 12, 2005, and filed with U.S. Provisional Application 60/726,106 on October 13, 2005 ), "38-21(54232)B.rpt" (file size 68 kilobytes, recorded on August 7, 2006, and filed with U.S. Provisional Application 60/836,246 on August 7, 2006), and "38 -21(54232)C.rpt" (file size 70 kilobytes, recorded on September 19, 2006, and filed with U.S. Provisional Application xx/xxx.xxx on September 20, 2006) are incorporated herein by reference in their totalities.
A presente invenção refere-se a métodos para produzir semente híbrida, e plantas transgênicas indutivamente estéreis e constructos moleculares úteis em tais métodos.The present invention relates to methods for producing hybrid seed, and inductively sterile transgenic plants and molecular constructs useful in such methods.
Semente híbrida, isto é, semente produzida por hibridização ou fertilização cruzada de plantas intimamente relacionadas, pode ser cultivada em plantas híbridas de progênie que possuem um "vigor híbrido" ou uma combinação desejável de características não possuídas por nenhuma de suas plantas progenitoras (que são tipicamente plantas naturais). Plantas híbridas podem apresentar características de desempenho agronômico superiores, incluindo melhoria do tamanho da planta, rendimento, composição nutricional, resistência a doença, tolerância a herbicida, tolerância ao estresse (calor, frio, seca, nutriente,sal), adaptação climática, e outras caracterís- ticas desejáveis. Produção eficaz de semente híbrida requer que a polinização cruzada predomine sobre a autopolinização. Uma limitação importante na produção de semente híbrida para muitas espécies de cultivo é a falta de métodos simples, confiáveis e econômicos de gerar esterilidade em pelo menos um progenitor (especialmente no progenitor macho, para resultar em macho-esterilidade enquanto se deixa os gametas femininos intactos e acessíveis para polinização por um doador de pólen adequado). Macho esterilidade também e útil onde o espalhamento de pólen não é desejável, por 10 exemplo, a partir de uma planta doméstica aos seus parentes selvagens, ou onde a fertilização da flor não é desejável, por exemplo, no caso de flores ornamentais que deterioram em condição após polinização.Hybrid seed, that is, seed produced by hybridization or cross-fertilization of closely related plants, can be grown into progeny hybrid plants that possess "hybrid vigor" or a desirable combination of characteristics not possessed by either of their parent plants (which are typically natural plants). Hybrid plants can exhibit superior agronomic performance traits, including improved plant size, yield, nutritional composition, disease resistance, herbicide tolerance, stress tolerance (heat, cold, drought, nutrient, salt), climate adaptation, and others. desirable characteristics. Effective hybrid seed production requires that cross-pollination predominates over self-pollination. A major limitation in hybrid seed production for many crop species is the lack of simple, reliable, and economical methods of generating sterility in at least one parent (especially the male parent, to result in male-sterility while leaving the female gametes intact). and accessible for pollination by a suitable pollen donor). Male sterility is also useful where the spread of pollen is not desirable, for example, from a domestic plant to its wild relatives, or where fertilization of the flower is not desirable, for example, in the case of ornamental flowers that deteriorate in condition after pollination.
Macho esterilidade pode ser obtida, por exemplo, por remoção física dos órgãos que contêm os gametas masculinos. Em algumas espé- 15 cies, isso é um processo direto embora trabalhoso e, portanto caro (por exemplo, despendoamento em milho). Em outras espécies, tal emasculação física é difícil por causa da anatomia da planta. Técnicas alternativas que não envolvem emasculação manual ou física poderiam fornecer economias substanciais.Male sterility can be achieved, for example, by physical removal of the organs containing the male gametes. In some species, this is a straightforward although laborious and therefore expensive process (e.g. detasseling in maize). In other species, such physical emasculation is difficult because of the plant's anatomy. Alternative techniques that do not involve manual or physical emasculation could provide substantial savings.
Gametocidas químicos também foram descritos como um méto do de gerar plantas macho-estéreis. Tipicamente, tal gametocida químico é um composto herbicida que quando aplicado a uma planta em um estágio do desenvolvimento apropriado ou antes da maturidade sexual é capaz de matar ou exterminar eficazmente o desenvolvimento de gametas masculinos de uma planta enquanto deixa os gametas femininos, ou pelo menos uma porção significativa deles, capazes de sofrer polinização cruzada. Por exemplo, tolerância ao glifosato foi manipulada geneticamente em milho (Patente U.S. Número 5.554.798), e uso do herbicida glifosato (W-fosfonometilglicina) como um gametocida, e plantas transgênicas que são vegetativamente- e fê- mea-tolerantes ao glifosato, mas macho-sensíveis ao glifosato, é descrito na Patente U.S. Número 4.735.649 e na Publicação de Pedido de Patente Internacional PCT WO99/46396A2. Entretanto, os níveis de glifosato necessários para matar a maioria dos gametas masculinos enquanto deixa um nú mero suficiente de gametas femininos ainda capazes de fertilização resultou freqüentemente em atrofia ou clorose das plantas. Dessa forma, um obstáculo importante de usar glifosato como um gametocida, como é geralmente verdadeiro com a maioria dos gametocidas químicos, são os efeitos colaterais fitotóxicos que resultam da falta de seletividade suficiente para gametas. Produção comercial de semente híbrida usando gametocidas químicos é limitada primariamente por sua falta de seletividade por gametas em geral. Compostos que possuem alguma seletividade em atingir gametas em uma quantidade maior do que tecidos vegetativos são geralmente não- discriminativos com relação ao sexo dos gametas destruídos. Dessa forma, métodos para melhorar a seletividade de um gametocida químico seriam altamente desejáveis. Ainda mais desejáveis seriam métodos que fornecem uma primeira planta parental que é macho-estéril, e uma segunda planta parental que é fêmea-estéril, garantindo assim que as sementes produzidas sejam o resultado de hibridização as duas plantas parentais, e não de auto- fertilização. .Chemical gametocides have also been described as a method of generating male-sterile plants. Typically, such a chemical gametocide is a herbicidal compound which when applied to a plant at an appropriate developmental stage or prior to sexual maturity is capable of effectively killing or exterminating the developing male gametes of a plant while leaving the female gametes, or at least a significant portion of them, capable of cross-pollination. For example, glyphosate tolerance has been genetically manipulated in corn (U.S. Patent Number 5,554,798), and use of the herbicide glyphosate (W-phosphonomethylglycine) as a gametocide, and transgenic plants that are vegetatively- and female-tolerant to glyphosate, but male-sensitive to glyphosate, is described in U.S. Patent Number 4,735,649 and PCT International Patent Application Publication WO99/46396A2. However, the levels of glyphosate required to kill the majority of male gametes while leaving a sufficient number of female gametes still capable of fertilization often resulted in plant stunting or chlorosis. Thus, a major obstacle to using glyphosate as a gametocide, as is generally true with most chemical gametocides, is the phytotoxic side effects that result from the lack of sufficient selectivity for gametes. Commercial production of hybrid seed using chemical gametocides is limited primarily by their lack of selectivity for gametes in general. Compounds that have some selectivity in reaching gametes in greater quantities than vegetative tissues are generally non-discriminative with respect to the sex of the gametes destroyed. Therefore, methods to improve the selectivity of a chemical gametocide would be highly desirable. Even more desirable would be methods that provide a first parental plant that is male-sterile, and a second parental plant that is female-sterile, thus ensuring that the seeds produced are the result of hybridization of the two parental plants, and not of self-fertilization. . .
Essa invenção fornece métodos de produzir semente híbrida, e fornece adicionalmente constructos de DNA recombinantes, cromossomos de planta, células, plantas e sementes transgênicas, que contêm tais constructos úteis nesses métodos. Os constructos de DNA recombinantes, cromossomos de planta, células, plantas e sementes transgênicas e métodos para seu uso ao fazer semente híbrida fornecem uma forma grandemente melhorada de usar herbicidas como gametocidas químicos. Os constructos de DNA recombinantes dessa invenção incluem um sítio de reconhecimento de microRNA exógeno, que permite que a expressão de um RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um herbicida seja controlada por um microRNA endógeno para uma planta na qual o constructo de DNA recombinante é transcrito.This invention provides methods of producing hybrid seed, and further provides recombinant DNA constructs, plant chromosomes, cells, plants and transgenic seeds, which contain such constructs useful in these methods. Recombinant DNA constructs, plant chromosomes, cells, transgenic plants and seeds and methods for their use in making hybrid seed provide a greatly improved way of using herbicides like chemical gametocides. The recombinant DNA constructs of this invention include an exogenous microRNA recognition site, which allows the expression of a messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a herbicide to be controlled by an endogenous microRNA to a plant in which the DNA construct is present. recombinant is transcribed.
MicroRNAs (miRNAs) são RNAs não codificantes de proteína, geralmente de cerca de 19 a cerca de 25 nucleotídeos (comumente cerca de 20 - 24 nucleotídeos em plantas), que guiam a clivagem in trans de transcritos alvo, regulando negativamente a expressão de genes envolvidos em várias vias de regulação e desenvolvimento (Bartel (2004) Cell, 116:281-297).MicroRNAs (miRNAs) are non-protein-coding RNAs, generally of about 19 to about 25 nucleotides (commonly about 20 - 24 nucleotides in plants), that guide the in trans cleavage of target transcripts, negatively regulating the expression of genes involved in various regulatory and developmental pathways (Bartel (2004) Cell, 116:281-297).
Em alguns casos, miRNAs servem para guiar processamento in phase de transcritos primários de siRNA (vide Allen et ai. (2005) Cell, 121:207-221).In some cases, miRNAs serve to guide in-phase processing of primary siRNA transcripts (see Allen et al. (2005) Cell, 121:207-221).
Alguns genes de microRNA (genes MIR) foram identificados e tornados disponíveis ao público em uma base de dados ("miRBase", dispo- nível na rede em microrna.sanger.ac.uk/sequences). Os requerentes descreveram novos genes MIR, miRNAs maduros, e sítios de reconhecimento de miRNAs no Pedido de Patente U.S. 11/303.745, depositado em 15 de dezembro de 2005. Genes MIR adicionais e miRNAs maduros também são descritos nas Publicações de Pedido de Patente U.S. 2005/0120415 e 10 2005/144669A1. Genes MIR foram relatados ocorrer em regiões intergêni- cas, tanto isolados como em grupos no genoma, mas também podem estar localizados inteiramente ou parcialmente dentro de introns de outros genes (codificantes de proteína ou não codificantes de proteína). Para uma revisão recente de biogênese de miRNA, vide Kim (2005) Nature Rev. Mol. Cell Bi- ol., 6:376-385. A transcrição de genes MIR pode estar, pelo menos em alguns casos, sob o controle promocional de urn promotor do próprio gene MIR. A transcrição do gene MIR é provavelmente geralmente mediada pela RNA polimerase II (vide, por exemplo, Aukerman & Sakai (2003) Plant Cell, 15:2730-2741; Parizotto et al. (2004) Genes Dev.,18:2237-2242), e portanto poderia ser sensível a abordagens de silenciamento gênico que foram usadas em outros genes transcritos por RNA polimerase II. O transcrito primário . (que pode ser policistrônico) chamado um "primRNA", uma molécula precursora de miRNA que pode ser bem grande (vários quilobases) e contém uma ou mais regiões locais de duplo filamento ou "alça11 assim como o usual Ncap" 5’ e cauda poliadenilada de um mRNA. Vide por exemplo, Figura 1 em Kim (2005) Nature Rev. Mol. Cell Biol., 6:376-385.Some microRNA genes (MIR genes) were identified and made publicly available in a database ("miRBase", available online at microrna.sanger.ac.uk/sequences). Applicants have described novel MIR genes, mature miRNAs, and miRNA recognition sites in U.S. Patent Application 11/303,745, filed December 15, 2005. Additional MIR genes and mature miRNAs are also described in U.S. Patent Application Publications 2005 /0120415 and 10 2005/144669A1. MIR genes have been reported to occur in intergenic regions, both isolated and in groups in the genome, but can also be located entirely or partially within introns of other genes (protein-coding or non-protein-coding). For a recent review of miRNA biogenesis, see Kim (2005) Nature Rev. Mol. Cell Biol., 6:376-385. Transcription of MIR genes may be, at least in some cases, under the promotional control of a promoter of the MIR gene itself. Transcription of the MIR gene is probably generally mediated by RNA polymerase II (see, for example, Aukerman & Sakai (2003) Plant Cell, 15:2730-2741; Parizotto et al. (2004) Genes Dev., 18:2237-2242 ), and therefore could be sensitive to gene silencing approaches that have been used on other genes transcribed by RNA polymerase II. The primary transcript. (which can be polycistronic) called a "primRNA", a miRNA precursor molecule that can be quite large (several kilobases) and contains one or more local double-stranded regions or "loop11 as well as the usual Ncap" 5' and polyadenylated tail of an mRNA. See for example, Figure 1 in Kim (2005) Nature Rev. Mol. Cell Biol., 6:376-385.
Em células de planta, acredita-se que moléculas precursoras de microRNA sejam basicamente processadas no núcleo. Em plantas, miRNAs e siRNAs são formados por enzimas do tipo DICER (DCL) distintas, e em 30 Arabidopsis acredita-se que uma enzima DCL nuclear seja necessária para a formação de miRNA maduro (Xie et al. (2004) PLoS Biol., 2:642-652). Revisões adicionais sobre a biogênese e função de microRNA são encontradas, por exemplo, em Bartel (2004) Cell, 116:281-297; Murchison & Hannon (2004) Curr. Opin. Cell Bio!., 16:223-229; e Dugas & Bartel (2004) Curr. Opin. Plant Biol., 7:512-520. MicroRNAs podem assim ser descritos em termos de RNA (por exemplo, sequência de RNA de um miRNA maduro ou uma molécula de RNA precursora de miRNA), ou em termos de DNA (por exemplo, sequência de DNA que corresponde a uma sequência de RNA de miRNA maduro ou uma sequência de DNA que codifica um gene MIR ou fragmento de um gene MIR ou um precursor de miRNA). Famílias de gene MIR são estimadas ser responsáveis por 1% de pelo menos alguns genomas e capazes de influenciar ou regular a expressão de cerca de um terço de todos os genes (vide, por exemplo, Tomari et ai. (2005) Curr. Biol., 15:R61-64; G. Tang (2005) Trends Biochem. Sei., 30:106-14; Kim (2005) Nature Rev. Mol. Cell Biol., 6:376-385). Pelo fato dos miRNAs serem elementos regulatórios importantes em eucariotos, incluindo animais e plantas, a supressão transgênica de miRNAs poderia, por exemplo, levar ao entendimento de processos biológicos importantes ou permitir a manipulação de certas vias (por exemplo, regulação da diferenciação celular, proliferação e apoptose) úteis, por exemplo, em aplicações biotecnológi- cas. Vide, por exemplo, O’Donnell et al. (2005) Nature, 435:839-843; Cai et al. (2005) Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 102:5570-5575; Morris & McManus (2005) Sei. STKE, pe41 (stke.sciencemag.org/cgi/reprint/sigtrans; 2005/297/ pe41.pdf). Genes de microRNA (MIR) têm características identificadoras, incluindo conservação entre espécies de planta, uma estrutura de "foldback" estável, e processamento de uma dúplice de miRNA/miRNA* específica por enzimas do tipo Dicer (Ambros etal. (2003) RNA, 9:277-279). Essas características foram usadas para identificar miRNAs e seus genes correspondentes em plantas (Xie etal. (2005) Plant Physiol., 138:2145-2154; Jones-Rhoades & Bartel (2004) Mol. Cell, 14:787-799; Reinhart et al. (2002) Genes Dev., 16:1616-1626; Sunkar & Zhu (2004) Plant Cell, 16:2001-2019). Genes de microRNA disponíveis ao publico estão catalogados na miRBase (Griffiths- Jones etal. (2003) Nucleic Acids Res., 31:439-441). MiRNAs são expressos em tipos celulares muito específicos em Arabidopsis (vide, por exemplo, Kidner & Martienssen (2004) Nature, 428:8184, Millar & Gubler (2005) Plant Cell, 17:705-721). A supressão pode ser limitada a um lado, borda ou outra divisão entre tipos celulares, e acredita-se que seja necessária para a padronização e especificação do tipo celular apropriado (vide, por exemplo, Palatnik et al. (2003) Nature, 425:257-263). Supressão de um gene repórter de GFP contendo um sítio de reconheci- 5 mento de miR171 endógeno foi descoberto limitar a expressão a células específicas em Arabidopsis transgênica (Parízotto et al. (2004) Genes Dev., 18:2237-2242). Sítios de reconhecimento de miRNAs foram validados em todas as regiões de um mRNA, incluindo a região 5’ não traduzida, região codificante, e região 3’ não traduzida, indicando que a posição do sítio alvo 10 de miRNA em relação a seqüência codificante pode não necessariamente afetar a supressão (vide, por exemplo, Jones-Rhoades & Bartel (2004). Mol. Cell, 14:787-799, Rhoades etai. (2002) Cell, 110:513-520, Allen etal. (2004) Nat Genet, 36:1282-1290, Sunkar&Zhu (2004) Plant Cell, 16:2001-2019). Os miRNAs maduros descritos aqui são processados a partir de 15 genes MIR que geralmente pertencem a famílias canônicas conservadas entre espécies de planta distantemente relacionadas. Esses genes MIR e seus miRNAs maduros codificados também são úteis, por exemplo, para modificar vias de desenvolvimento, por exemplo, por afetar a diferenciação ou morfogênese celular (vide, por exemplo, Palatnik et al. (2003) Nature, 20 425:257-263; Mallory et al. (2004) Curr. Biot, 14:1035-1046), para servir co mo fontes de sequências para miRNAs manipulados (que não ocorrem natu-ralmente) que são feitos para silenciar seqüências diferentes dos transcritos atingidos pela seqüência de miRNA de ocorrência natural (vide, por exemplo, Parizotto et al. (2004) Genes Dev., 18:2237-2242; vide também Publica- 25 ções de Pedido de Patente U.S. 2004/3411A1 e 2005/0120415), e para estabilizar dsRNA. Um gene MIR em si (ou suas regiões 5’ ou 3’ não traduzidas, ou seu promotor nativo ou outros elementos envolvidos na sua transcrição) é útil como um gene alvo para supressão gênica (por exemplo, pelos métodos da presente invenção), onde a supressão do miRNA codificado pe- 30 lo gene MIR é desejada. Promotores de genes MIR podem ter padrões de expressão muito específicos (por exemplo, célula-específico, tecido- específico, ou temporalmente específico) e dessa forma são úteis em constructos recombinantes para induzir tal transcrição específica de uma se- qüência de DNA à qual eles são operativamente ligados.In plant cells, microRNA precursor molecules are thought to be primarily processed in the nucleus. In plants, miRNAs and siRNAs are formed by distinct DICER-like (DCL) enzymes, and in 30 Arabidopsis a nuclear DCL enzyme is believed to be required for mature miRNA formation (Xie et al. (2004) PLoS Biol., 2:642-652). Additional reviews on microRNA biogenesis and function are found, for example, in Bartel (2004) Cell, 116:281-297; Murchison & Hannon (2004) Curr. Opinion. Cell Bio!., 16:223-229; and Dugas & Bartel (2004) Curr. Opinion. Plant Biol., 7:512-520. MicroRNAs can thus be described in terms of RNA (e.g., RNA sequence of a mature miRNA or a miRNA precursor RNA molecule), or in terms of DNA (e.g., DNA sequence that corresponds to an RNA sequence of mature miRNA or a DNA sequence encoding a MIR gene or fragment of a MIR gene or a miRNA precursor). MIR gene families are estimated to be responsible for 1% of at least some genomes and capable of influencing or regulating the expression of about a third of all genes (see, for example, Tomari et al. (2005) Curr. Biol. , 15:R61-64; G. Tang (2005) Trends Biochem., 30:106-14; Because miRNAs are important regulatory elements in eukaryotes, including animals and plants, transgenic suppression of miRNAs could, for example, lead to the understanding of important biological processes or allow the manipulation of certain pathways (e.g., regulation of cell differentiation, proliferation and apoptosis) useful, for example, in biotechnological applications. See, for example, O’Donnell et al. (2005) Nature, 435:839-843; Cai et al. (2005) Proc. Natl. Academic. Know. USA, 102:5570-5575; Morris & McManus (2005) I know. STKE, pe41 (stke.sciencemag.org/cgi/reprint/sigtrans; 2005/297/pe41.pdf). MicroRNA (MIR) genes have identifying characteristics, including conservation among plant species, a stable foldback structure, and processing of a specific miRNA/miRNA* duplex by Dicer-like enzymes (Ambros etal. (2003) RNA, 9:277-279). These characteristics have been used to identify miRNAs and their corresponding genes in plants (Xie etal. (2005) Plant Physiol., 138:2145-2154; Jones-Rhoades & Bartel (2004) Mol. Cell, 14:787-799; Reinhart et al. (2002) Genes Dev., 16:1616-1626; Sunkar & Zhu (2004) Plant Cell, 16:2001-2019). Publicly available microRNA genes are cataloged in miRBase (Griffiths-Jones etal. (2003) Nucleic Acids Res., 31:439-441). MiRNAs are expressed in very specific cell types in Arabidopsis (see, for example, Kidner & Martienssen (2004) Nature, 428:8184, Millar & Gubler (2005) Plant Cell, 17:705-721). Suppression may be limited to a side, edge, or other division between cell types, and is believed to be necessary for standardization and specification of the appropriate cell type (see, e.g., Palatnik et al. (2003) Nature, 425: 257-263). Suppression of a GFP reporter gene containing an endogenous miR171 recognition site was found to limit expression to specific cells in transgenic Arabidopsis (Parízotto et al. (2004) Genes Dev., 18:2237-2242). MiRNA recognition sites were validated in all regions of an mRNA, including the 5' untranslated region, coding region, and 3' untranslated region, indicating that the position of the miRNA target site 10 relative to the coding sequence may not be necessarily affect suppression (see, for example, Jones-Rhoades & Bartel (2004). Mol. Cell, 14:787-799, Rhoades etai. (2002) Cell, 110:513-520, Allen etal. (2004) Nat Genet, 36:1282-1290, Sunkar&Zhu (2004) Plant Cell, 16:2001-2019). The mature miRNAs described here are processed from 15 MIR genes that generally belong to canonical families conserved among distantly related plant species. These MIR genes and their encoded mature miRNAs are also useful, for example, for modifying developmental pathways, for example by affecting cellular differentiation or morphogenesis (see, for example, Palatnik et al. (2003) Nature, 20 425:257 -263; Mallory et al. (2004) Curr. Biot, 14:1035-1046), to serve as sources of sequences for engineered (non-naturally occurring) miRNAs that are designed to silence sequences other than the target transcripts. naturally occurring miRNA sequence (see, e.g., Parizotto et al. (2004) Genes Dev., 18:2237-2242; see also U.S. Patent Application Publications 2004/3411A1 and 2005/0120415), and to stabilize dsRNA. A MIR gene itself (or its 5' or 3' untranslated regions, or its native promoter or other elements involved in its transcription) is useful as a target gene for gene suppression (e.g., by the methods of the present invention), where suppression of the miRNA encoded by the MIR gene is desired. MIR gene promoters can have very specific expression patterns (e.g., cell-specific, tissue-specific, or temporal-specific) and thus are useful in recombinant constructs to induce such specific transcription of a DNA sequence to which they belong. are operatively linked.
Essa invenção fornece métodos para produzir semente híbrida, usando constructos de DNA recombinantes incluindo sítios de reconhecimento que correspondem a novos miRNA maduros que tem padrões de expressão específicos em plantas de cultivo. Os constructos de DNA recombinantes da invenção transcrevem RNA incluindo: (a) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é expresso especificamente em tecido reprodutivo da planta; e (b) RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um herbicida. Esses constructos são úteis para fazer e usar cromossomos de planta, células, plantas e sementes transgênicas, incluindo plantas transgênicas indutivamente estéreis, úteis, por exemplo, na produção de semente híbrida.This invention provides methods for producing hybrid seed using recombinant DNA constructs including recognition sites that correspond to novel mature miRNAs that have specific expression patterns in crop plants. The recombinant DNA constructs of the invention transcribe RNA including: (a) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in plant reproductive tissue; and (b) messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to an herbicide. These constructs are useful for making and using transgenic plant chromosomes, cells, plants and seeds, including inductively sterile transgenic plants, useful, for example, in hybrid seed production.
Em um aspecto, a invenção fornece um método para produzir uma semente híbrida não-natural, incluindo as etapas de: (a) fornecer uma primeira planta parental transgênica, indutivamente estéril que contém no seu genoma um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (i) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é especificamente expresso em tecido reprodutivo da primeira planta parental; e (ii) um primeiro RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um primeiro herbicida, em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo, e em que a esterilidade da primeira planta parental é induzível pela aplicação do primeiro herbicida a primeira planta parental; (b) cruzar a primeira planta parental com uma segunda planta parental sob condições onde a esterilidade tenha sido induzida na primeira planta parental, assim produzindo semente híbrida não natural.In one aspect, the invention provides a method for producing a non-natural hybrid seed, including the steps of: (a) providing a transgenic, inductively sterile first parental plant that contains in its genome a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes : (i) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in reproductive tissue of the first parental plant; and (ii) a first messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a first herbicide, wherein the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in reproductive tissue, and wherein sterility of the first parental plant is inducible by application of the first herbicide the first parental plant; (b) crossing the first parental plant with a second parental plant under conditions where sterility has been induced in the first parental plant, thereby producing unnatural hybrid seed.
Em outro aspecto, essa invenção fornece um método para produzir uma semente híbrida incluindo as etapas de: (a) fornecer uma primeira planta parental incluindo uma planta transgênica cultivada a partir de uma célula de planta transgênica contendo no seu genoma um primeiro constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui (i) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um primeiro miRNA maduro, e (ii) um primeiro RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um primeiro herbicida, em que o primeiro miRNA maduro é expresso especificamente em tecido reprodutivo masculino da primeira planta parental, assim suprimindo especificamente a expressão da 5 proteína no tecido reprodutivo masculino, e em que a macho esterilidade da primeira planta parental é induzível pela aplicação do primeiro herbicida a primeira planta parental; (b) fornecer uma segunda planta parental que inclui uma planta transgênica cultivada a partir de uma segunda célula de planta transgênica que contém no seu genoma uma segundo constructo de DNA 10 recombinante que transcreve RNA que inclui (i) pelo menos um sítio de re-conhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um segundo miRNA maduro, e (ii) um segundo RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a m segundo herbicida, em que o segundo miRNA maduro é especificamente expresso no tecido reprodutivo feminino da segunda 15 planta parental, assim suprimindo especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo feminino, e em que a fêmea esterilidade da segunda planta parental é induzível pela aplicação do segundo herbicida a segunda planta parental; (c) aplicar o primeiro herbicida e o segundo herbicida às plantas parentais, assim induzindo macho esterilidade na primeira planta 20 parental e fêmea esterilidade na segunda planta parental; (d) cruzar a primeira e segunda plantas parentais, em que óvulos da primeira planta parental são polinizados por pólen da segunda planta parental, produzindo assim semente híbrida.In another aspect, this invention provides a method for producing a hybrid seed including the steps of: (a) providing a first parental plant including a transgenic plant grown from a transgenic plant cell containing in its genome a first recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes (i) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a first mature miRNA, and (ii) a first messenger RNA that encodes a protein that confers tolerance to a first herbicide, wherein the first mature miRNA is specifically expressed in male reproductive tissue of the first parental plant, thus specifically suppressing expression of the protein in male reproductive tissue, and in which male sterility of the first parental plant is inducible by application of the first herbicide to the first parental plant; (b) providing a second parental plant that includes a transgenic plant grown from a second transgenic plant cell that contains in its genome a second recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes (i) at least one replication site. knowledge of exogenous miRNA recognizable by a second mature miRNA, and (ii) a second messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a second herbicide, wherein the second mature miRNA is specifically expressed in the female reproductive tissue of the second parental plant, thus specifically suppressing expression of the protein in female reproductive tissue, and wherein female sterility of the second parental plant is inducible by application of the second herbicide to the second parental plant; (c) applying the first herbicide and the second herbicide to the parental plants, thereby inducing male sterility in the first parental plant and female sterility in the second parental plant; (d) crossing the first and second parental plants, in which ovules from the first parental plant are pollinated by pollen from the second parental plant, thus producing hybrid seed.
Em um aspecto independente, essa invenção fornece uma plan- 25 ta transgênica, indutivamente estéril que contém no seu genoma um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (a) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é expresso especificamente no tecido reprodutivo da planta; e (b) RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um 30 herbicida; em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo, e em que a esterilidade da planta transgênica é induzível pela aplicação do herbicida a planta.In an independent aspect, this invention provides an inductively sterile, transgenic plant that contains in its genome a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes: (a) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA which is expressed specifically in the plant's reproductive tissue; and (b) messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a herbicide; in which the mature miRNA specifically suppresses the expression of the protein in reproductive tissue, and in which the sterility of the transgenic plant is inducible by application of the herbicide to the plant.
Em um aspecto adicional, essa invenção fornece um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (a) pelo menos urn sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é expresso especificamente no tecido reprodutivo da planta; e (b) RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um 5 herbicida. Outras modalidades específicas da invenção estão descritas na seguinte descrição detalhada.In a further aspect, this invention provides a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes: (a) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in plant reproductive tissue; and (b) messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a herbicide. Other specific embodiments of the invention are described in the following detailed description.
Figura 1A representa esquematicamente constructos de DNA 10 recombinantes não limitantes da invenção como descrito no Exemplo 1. Para uso na transformação mediada por Agrobacterium de células de planta, pelo menos uma borda de T-DNA está geralmente incluída em cada cons- tructo (não mostrado). Esses constructos incluem um elemento promotor ("pro"), um íntron flanqueado em um ou ambos os lados por um DNA não 15 codificante de proteína, um elemento terminador opcional ("ter"), pelo menos um primeiro elemento de supressão de gene ("GSE“ ou "GSE1") para suprimir pelo menos um primeiro gene alvo, e pode incluir opcionalmente pelo menos um segundo elemento de supressão de gene ("GSE2") para suprimir pelo menos um segundo gene alvo, pelo menos um elemento de expressão 20 gênica ("GEE") para expressar pelo menos um gene de interesse, ou ambos.Figure 1A schematically represents non-limiting recombinant DNA constructs of the invention as described in Example 1. For use in Agrobacterium-mediated transformation of plant cells, at least one T-DNA border is generally included in each construct (not shown ). These constructs include a promoter ("pro") element, an intron flanked on one or both sides by non-protein-coding DNA, an optional terminator ("ter") element, at least one first gene suppression element ( "GSE" or "GSE1") to suppress at least one first target gene, and may optionally include at least one second gene suppression element ("GSE2") for suppressing at least one second target gene, at least one expression element 20 gene ("GEE") to express at least one gene of interest, or both.
Em modalidades que contêm um elemento de expressão gênica, o elemento de expressão gênica pode estar localizado adjacente ao (ou fora do) íntron. Em uma variação dessa modalidade (não mostrada), o elemento de supressão gênica (inserido em um íntron flanqueado em um ou ambos os lados por 25 DNA não codificante de proteína) está localizado 3’ ao terminador. Em outros constructos da invenção (não mostrados), um elemento de supressão gênica (não inserido no íntron) está localizado 3’ ao terminador (vide Exemplo 22). Figura 1B representa esquematicamente exemplos de constructos de DNA distintos daqueles da presente invenção. Esses constructos podem 30 conter um elemento de supressão gênica que está localizado adjacente a um íntron ou entre dois introns distintos (isto quer dizer, não inseridos dentro de um único íntron), ou pode incluir um elemento de expressão gênica que inclui um elemento de supressão gênica inserido dentro de um íntron que está flanqueado em ambos os lados por DNA codificante de proteína (por exemplo, éxons codificantes de proteína que formam um elemento de expressão gênica). Figura 2 representa vários exemplos não limitantes de elemen- 5 tos de supressão gênica e DNAs exógenos capazes de serem transcritos úteis nos constructos de DNA recombinantes da invenção como descrito no Exemplo 1. Onde desenhado como um filamento simples (Figuras 2A até 2E), estes estão convenientemente representados na direção transcricional 5’ para 3’ (esquerda para direita), onde as setas indicam seqüência anti- 10 sentido (a ponta da seta apontando para a esquerda), ou seqüência sentido (ponta da seta apontando para a direita). Onde desenhado como transcritos de duplo filamento (antiparalelos) (Figures 2F e 2G), a direcionalidade transcricional 5’ e 3’ é mostrada. Linhas sólidas, linhas tracejadas, e linhas pontilhadas indicam seqüências que atingem diferentes genes alvo. Esses elementos de supressão gênica e DNAs exógenos capa zes de ser transcritos podem incluir: DNA que inclui pelo menos um segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento do primeiro gene alvo, ou DNA que inclui múltiplas cópias de pelo menos um segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmen- 20 to do pelo menos um primeiro gene alvo (Figura 2A); DNA que inclui pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo, ou DNA que inclui múltiplas cópias de pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo (Figura 2B); DNA que transcreve RNA 25 para suprimir o pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de RNA duplo filamento e inclui pelo menos um segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um gene alvo e pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro DNA alvo (Figura 2C); DNA que transcreve RNA 30 para suprimir o pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de um único RNA duplo filamento e inclui múltiplos segmentos de DNA anti-sentido seriados que são anti-sentido a pelo menos um primeiro gene alvo e múltiplos segmentos de DNA sentido seriados que são pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo (Figura 2D); DNA que transcreve RNA para suprimir o pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de múltiplos filamentos duplos de RNA e inclui múltiplos segmentos de DNA anti- sentido que são anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo e múltiplos segmentos de DNA sentido que são pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo, e em que os ditos múltiplos segmentos de DNA anti-sentido e os múltiplos segmentos de DNA sentido são dispostos em uma serie de repetições invertidas (Figura 2E); e DNA que inclui nucleotídeos derivados de um miRNA, ou DNA que inclui nu- cleotídeos de um siRNA (Figura 2F). Figura 2F representa vários arranjos não limitantes de filamento duplo RNA (dsRNA) que podem ser transcritos a partir de modalidades dos elementos de supressão gênica e DNAs exógenos capazes de ser transcritos úteis nos constructos de DNA recombinantes da invenção. Quando tal dsRNA é formado, ele pode suprimir um ou mais genes alvo, e pode formar um único filamento duplo RNA ou múltiplos filamentos duplos de RNA, ou um único "stem" ou múltiplos "stems" de dsRNA. Onde múltiplos "stems" de dsRNA são formados, eles podem ser arranjados em arranjos de "cabeça de martelo” ou "folha de trevo". DNA espaçador é opcional e pode incluir seqüência que transcreve um RNA (por exemplo, uma grande alça de seqüência anti-sentido do gene alvo ou um aptâmero) que assume uma estrutura secundária ou configuração tridimensional que confere ao transcrito uma característica desejada, tal como estabilidade aumentada, meia-vida aumentada in vivo, ou especificidade por célula ou tecido. Figura 3 representa níveis de expressão dos miRNAs maduros indicados em vários tecidos de milho, como descrito em detalhe no Exemplo 2. Figura 4 representa um exemplo não limitante de seqüência de DNA capaz de ser transcrita que inclui um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno, TIC809 direcionado para cloroplasto com um sítio de reconhecimento de miRNA162 (texto em negrito) localizado na região 3’ não traduzida (SEQ ID NO. 176), como descrito em detalhe no Exemplo 3. A seqüência de aminoácido traduzida também é mostrada. Figura 5 representa um exemplo não limitante de seqüência de DNA capaz de ser transcrita que inclui um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno, TIC809 não direcionado para cloroplasto com um sítio de reconhecimento de miRNA164 (texto em negrito) localizado na região 3’ não traduzida (SEQ ID NO. 177), como descrito em detalhes no Exemplo 3. A se- qüência de aminoácido traduzida também é mostrada. Figura 6 representa a expressão de endosperma forte e específica do microRNA miR167g (SEQ ID NO. 178) clonado a partir de endosperma de milho, como descrito em detalhe no Exemplo 4. Northern blots de RNA de tecidos de milho (LH59) marcados com uma sonda de LNA de 22- mer de miR167 maduro com a extremidade marcada específica para SEQ ID NO. 178 (Figura 6A) ou com uma sonda gene de miR167g-específica de ~400bp (Figura 6B). O perfil de transcrição de tecidos de milho confirmou os resultados de Northern blot (Figura 6C); o transcrito que corresponde a miR167g foi abundantemente e especificamente expresso em tecido de endosperma (abundâncias são categorizadas como segue: >5000, alta abundância, 97° percentil; 700 - 5000, abundância moderada, 20° percentil; 400 - 700, abundância média; 200 - 400, baixa abundância; <200, não detectado). Abreviações selecionadas: "DAP" ou "DA", dias após polinização; "WK", grão inteiro, "endo", endosperma. Figura 7 representa um mapa de anotação parcial, incluindo as localizações dos genes de mÍR167a e miR167g e miRNAs maduros, e elementos promotores (por exemplo, TATA boxes), do grupo genômico dentro do qual foram identificadas as seqüências promotoras de miR167g como descrito em detalhe no Exemplo 4. Abreviações: "PBF", fator de ligação "prolamin box"; "ARF“ fator responsive a auxina (de ligação a auxina); "NIT2", ativador de genes relacionados ao nitrogênio; "LYS14", elemento que se liga a UASLYS, um elemento ativador à montante que confere ativação e repressão aparente dependente de Lys14 e de adipato semialdeído; "GLN3", elemento que se liga ao nitrogênio à montante da seqüência de ativação de glutamina sintetase. Figura 8 representa resultados descritos em detalhe no Exemplo 5. Figura 8A representa a estrutura de "fold-back" de SEQ ID NO. 186, o precursor de miRNA previsto para SEQ ID NO. 184; o miRNA maduro está localizado nas bases 106 - 126, o miRNA* correspondente nas bases 156 - 175, e outro miRNA abundante foi descoberto estar localizado nas bases 100 - 120 na haste da estrutura de "fold-back". "Contagem" refere-se ao número de ocorrências de um pequeno RNA no grupo filtrado de 381.633 sequências de miRNA putativas que foi analisado. Figura 8B representa um perfil de transcrição em tecidos de soja para o precursor de miRNA SEQ ID NO. 186. Figura 8C representa um perfil de transcrição em tecidos de soja para um alvo previsto, polifenol oxidase (SEQ ID NO. 200) para o miRNA maduro (SEQ ID NO. 184). Figura 9 representa os resultados descritos em detalhe no Exemplo 5. Figura 9A representa a estrutura de "fold-back" de SEQ ID NO. 189, o precursor de miRNA previsto para SEQ ID NO. 187; o miRNA maduro está localizado nas bases 163 - 183, e o miRNA* nas bases 18-63. "Contagem" refere-se ao número de ocorrências de um pequeno RNA no grupo filtrado de 381.633 sequências de miRNA putativas que foi analisado. Figura 9B representa um perfil de transcrição em tecidos de soja para um alvo previsto, polifenol oxidase (SEQ ID NO. 251) para o miRNA maduro (SEQ ID NO. 187). Figura 10 representa os resultados descritos em detalhe no Exemplo 5. Figura 10A representa a estrutura de "fold-back" de SEQ ID NO. 192, o precursor de miRNA previsto para SEQ ID NO. 190; o miRNA maduro está localizado nas bases 87 - 107, e o miRNA* nas bases 150 - 169. "Contagem" refere-se ao número de ocorrências de um pequeno RNA no grupo filtrado de 381.633 seqüências de miRNA putativas que foi analisado. Figura 11 representa os resultados descritos em detalhes no Exemplo 5. Figura 11A representa a estrutura de "fold-back" de SEQ ID NO. 195, o precursor de miRNA previsto para SEQ ID NO. 193; o miRNA maduro está localizado nas bases 61 - 81, e o miRNA* nas bases 109 - 129. "Contagem" refere-se ao número de ocorrências de pequeno RNA no grupo filtrado de 381.633 seqüência de miRNA putativas que foi analisado. Figura 12 representa os resultados descritos em detalhe no Exemplo 5. Figura 12A (superior) representa a estrutura de "fold-back" de SEQ ID NO. 198, um dos precursores de miRNA previstos para SEQ ID NO. 196; o miRNA maduro está localizado nas bases 157 - 178, e o miRNA* nas bases 72 - 93. Figura 12A (inferior) representa a estrutura de ufold-back" de SEQ ID NO. 199, outro precursor de miRNA previsto para SEQ ID NO. 196; o miRNA maduro está localizado nas bases 123 - 144, e o miRNA* nas 5 bases 58 - 79. “Contagem" refere-se ao número de ocorrências de um pequeno RNA no grupo filtrado de 381.633 sequências de miRNA putativas que foi analisado. Figura 12B (superior) representa um perfil de transcrição em tecidos de soja para o miRNA precursor SEQ ID NO. 198. Figura 12B (inferior) representa um perfil de transcrição em tecidos de soja para o miRNA precursor SEQ ID NO. 199. Figuras 13 e 14 representam os perfis de transcrição de conjuntos de sondas de sequências que foram identificadas como incluindo genes hl de miRNA (dados na Tabela 6) especialmente úteis em métodos dessa invenção e que têm os padrões de expressão desejados, isto é, em tecido re- 15 produtivo feminino (Figura 13) ou em tecido reprodutivo masculino (Figura 14), conforme descrito em detalhe no Exemplo 6. .In embodiments that contain a gene expression element, the gene expression element may be located adjacent to (or outside of) the intron. In a variation of this embodiment (not shown), the gene suppression element (inserted into an intron flanked on one or both sides by non-protein-coding DNA) is located 3' to the terminator. In other constructs of the invention (not shown), a gene suppression element (not inserted into the intron) is located 3' to the terminator (see Example 22). Figure 1B schematically represents examples of DNA constructs distinct from those of the present invention. Such constructs may contain a gene suppression element that is located adjacent to an intron or between two distinct introns (that is, not inserted within a single intron), or may include a gene expression element that includes a suppression element. gene inserted within an intron that is flanked on both sides by protein-coding DNA (e.g., protein-coding exons that form a gene expression element). Figure 2 depicts several non-limiting examples of gene suppression elements and exogenous DNAs capable of being usefully transcribed into the recombinant DNA constructs of the invention as described in Example 1. Where drawn as a single strand (Figures 2A through 2E), these are conveniently represented in the 5' to 3' (left to right) transcriptional direction, where arrows indicate anti-sense sequence (arrowhead pointing to the left), or sense sequence (arrowhead pointing to the right). Where drawn as double-stranded (antiparallel) transcripts (Figures 2F and 2G), 5' and 3' transcriptional directionality is shown. Solid lines, dashed lines, and dotted lines indicate sequences that hit different target genes. Such gene suppression elements and exogenous DNAs capable of being transcribed may include: DNA that includes at least one segment of antisense DNA that is antisense to at least one segment of the first target gene, or DNA that includes multiple copies of at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one segment of at least one first target gene (Figure 2A); DNA that includes at least one segment of sense DNA that is at least one segment of the at least one first target gene, or DNA that includes multiple copies of at least one segment of sense DNA that is at least one segment of the at least one first gene target (Figure 2B); DNA that transcribes RNA 25 to suppress the at least one first target gene by forming double-stranded RNA and includes at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one segment of the at least one target gene and at least a sense DNA segment that is at least a segment of the at least one first target DNA (Figure 2C); DNA that transcribes RNA 30 to suppress the at least one first target gene by forming a single double-stranded RNA and includes multiple serial antisense DNA segments that are antisense to at least one first target gene and multiple sense DNA segments serials that are at least a segment of at least one first target gene (Figure 2D); DNA that transcribes RNA to suppress the at least one first target gene by forming multiple double-stranded RNA and includes multiple antisense DNA segments that are antisense to at least one segment of the at least one first target gene and multiple segments of sense DNA which are at least one segment of the at least one first target gene, and wherein said multiple segments of antisense DNA and the multiple segments of sense DNA are arranged in a series of inverted repeats (Figure 2E); and DNA that includes nucleotides derived from a miRNA, or DNA that includes nucleotides from an siRNA (Figure 2F). Figure 2F depicts various non-limiting double-stranded RNA (dsRNA) arrays that can be transcribed from embodiments of the gene suppression elements and exogenous DNAs capable of being usefully transcribed into the recombinant DNA constructs of the invention. When such dsRNA is formed, it can suppress one or more target genes, and can form a single double-stranded RNA or multiple double-stranded RNA, or a single stem or multiple stems of dsRNA. Where multiple dsRNA "stems" are formed, they may be arranged in "hammerhead" or "cloverleaf" arrangements. Spacer DNA is optional and may include sequence that transcribes an RNA (e.g., a large sequence loop). antisense of the target gene or an aptamer) that assumes a secondary structure or three-dimensional configuration that confers on the transcript a desired characteristic, such as increased stability, increased in vivo half-life, or cell or tissue specificity. expression of the indicated mature miRNAs in various maize tissues, as described in detail in Example 2. Figure 4 represents a non-limiting example of a DNA sequence capable of being transcribed that includes an exogenous miRNA recognition site, chloroplast-targeted TIC809 with a miRNA162 recognition site (bold text) located in the 3' untranslated region (SEQ ID NO. 176), as described in detail in Example 3. The translated amino acid sequence is also shown. Figure 5 represents a non-limiting example of a DNA sequence capable of being transcribed that includes an exogenous miRNA recognition site, non-chloroplast-targeted TIC809 with a miRNA164 recognition site (bold text) located in the 3' untranslated region ( SEQ ID NO. 177), as described in detail in Example 3. The translated amino acid sequence is also shown. Figure 6 depicts the strong and specific endosperm expression of the microRNA miR167g (SEQ ID NO. 178) cloned from maize endosperm, as described in detail in Example 4. Northern blots of RNA from maize tissues (LH59) labeled with a end-labeled mature miR167 22-mer LNA probe specific for SEQ ID NO. 178 (Figure 6A) or with a ~400bp miR167g-specific gene probe (Figure 6B). Transcriptional profiling of maize tissues confirmed the Northern blot results (Figure 6C); the transcript corresponding to miR167g was abundantly and specifically expressed in endosperm tissue (abundances are categorized as follows: >5000, high abundance, 97th percentile; 700 - 5000, moderate abundance, 20th percentile; 400 - 700, medium abundance; 200 - 400, low abundance; <200, not detected). Selected abbreviations: "DAP" or "DA", days after pollination; "WK", whole grain, "endo", endosperm. Figure 7 represents a partial annotation map, including the gene locations of mIR167a and miR167g and mature miRNAs, and promoter elements (e.g., TATA boxes), of the genomic cluster within which the miR167g promoter sequences were identified as described in detail in Example 4. Abbreviations: "PBF", "prolamin box" binding factor; "ARF“ auxin-responsive factor (auxin binding); "NIT2", activator of nitrogen-related genes; "LYS14", element that binds to UASLYS, an upstream activating element that confers apparent Lys14-dependent activation and repression and adipate semialdehyde; "GLN3", an element that binds nitrogen upstream of the glutamine synthetase activation sequence. Figure 8 represents results described in detail in Example 5. Figure 8A represents the "fold-back" structure of SEQ ID. NO. 186, the predicted miRNA precursor for SEQ ID NO. 184; the mature miRNA is located at bases 106 - 126, the corresponding miRNA* at bases 156 - 175, and another abundant miRNA was found to be located at bases 100 - 120 in the stem of the fold-back structure. "Count" refers to the number of occurrences of a small RNA in the filtered group of 381,633 putative miRNA sequences that were analyzed. the miRNA precursor SEQ ID NO. 186. Figure 8C depicts a transcriptional profile in soybean tissues for a predicted target, polyphenol oxidase (SEQ ID NO. 200) for the mature miRNA (SEQ ID NO. 184). Figure 9 represents the results described in detail in Example 5. Figure 9A represents the fold-back structure of SEQ ID NO. 189, the predicted miRNA precursor for SEQ ID NO. 187; the mature miRNA is located at bases 163 - 183, and the miRNA* at bases 18-63. “Count” refers to the number of occurrences of a small RNA in the filtered group of 381,633 putative miRNA sequences that were analyzed. Figure 9B depicts a transcriptional profile in soybean tissues for a predicted target, polyphenol oxidase (SEQ ID NO. 251) for the mature miRNA (SEQ ID NO. 187). Figure 10 represents the results described in detail in Example 5. Figure 10A represents the fold-back structure of SEQ ID NO. 192, the predicted miRNA precursor for SEQ ID NO. 190; the mature miRNA is located at bases 87 - 107, and the miRNA* at bases 150 - 169. "Count" refers to the number of occurrences of a small RNA in the filtered group of 381,633 putative miRNA sequences that were analyzed. Figure 11 represents the results described in detail in Example 5. Figure 11A represents the fold-back structure of SEQ ID NO. 195, the predicted miRNA precursor for SEQ ID NO. 193; the mature miRNA is located at bases 61 - 81, and the miRNA* at bases 109 - 129. "Count" refers to the number of small RNA hits in the filtered group of 381,633 putative miRNA sequences that were analyzed. Figure 12 represents the results described in detail in Example 5. Figure 12A (top) represents the fold-back structure of SEQ ID NO. 198, one of the predicted miRNA precursors for SEQ ID NO. 196; the mature miRNA is located at bases 157 - 178, and the miRNA* at bases 72 - 93. Figure 12A (bottom) represents the "ufold-back" structure of SEQ ID NO. 199, another predicted miRNA precursor for SEQ ID NO. .196; the mature miRNA is located at bases 123 - 144, and the miRNA* at 5 bases 58 - 79. “Count” refers to the number of occurrences of a small RNA in the filtered group of 381,633 putative miRNA sequences that were selected. analyzed. Figure 12B (top) represents a transcriptional profile in soybean tissues for the precursor miRNA SEQ ID NO. 198. Figure 12B (bottom) depicts a transcriptional profile in soybean tissues for the precursor miRNA SEQ ID NO. 199. Figures 13 and 14 represent the transcriptional profiles of probe sets of sequences that have been identified as including miRNA hl genes (given in Table 6) especially useful in methods of this invention and that have the desired expression patterns, i.e. in female reproductive tissue (Figure 13) or in male reproductive tissue (Figure 14), as described in detail in Example 6.
A menos que definido de outra maneira, todos os termos técnicos e científicos usados têm o mesmo significado que o comumente com- 20 preendido por um versado na técnica a qual essa invenção pertence. Geralmente, a nomenclatura usada e os procedimentos de fabricação, ou laboratoriais descritos abaixo são bem-conhecidos e comumente empregados na técnica. Métodos convencionais são usados para esses procedimentos, tais como aqueles fornecidos na técnica e várias referências gerais. A menos 25 que estabelecido de outra maneira, sequências de ácido nucléico no texto desse pedido são dadas, quando lidas da esquerda para a direita, na direção 5’ ou 3’. Onde um termo é fornecido no singular, os inventores também contemplam aspectos da invenção descritos pelo plural daquele termo. Onde há discrepâncias em termos e definições usadas nas referências que são incor- 30 poradas por referência, os termos usados nesse pedido devem ter as definições dadas. Outros termos técnicos usados têm seu significado comum na técnica em que eles são usados, como exemplificado por uma variedade de dicionários técnicos. Os inventores não pretendem ser limitados a um meca- nismo ou modo de ação. Referência a isso é fornecida apenas para fins ilustrativos.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used have the same meaning as commonly understood by one skilled in the art to which this invention belongs. Generally, the nomenclature used and the manufacturing or laboratory procedures described below are well-known and commonly employed in the art. Conventional methods are used for these procedures, such as those provided in the art and various general references. Unless otherwise stated, nucleic acid sequences in the text of this application are given, when read from left to right, in the 5' or 3' direction. Where a term is given in the singular, inventors also contemplate aspects of the invention described by the plural of that term. Where there are discrepancies in terms and definitions used in references that are incorporated by reference, the terms used in that application shall have the definitions given. Other technical terms used have their common meaning in the technique in which they are used, as exemplified by a variety of technical dictionaries. Inventors do not intend to be limited to one mechanism or mode of action. Reference to this is provided for illustrative purposes only.
Um primeiro aspecto dessa invenção fornece um método para produzir uma semente híbrida não natural, incluindo as etapas de: (a) fornecer uma primeira planta parental transgênica, indutivamente estéril que contém no seu genoma um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (i) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é especificamente expresso em tecido reprodutivo da primeira planta parental; e (ii) um primeiro RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um primeiro herbicida, em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo, e em que a esterilidade da primeira planta parental é induzível pela aplicação do primeiro herbicida a primeira planta parental; (b) cruzar a primeira planta parental com uma segunda planta parental sob condições onde a esterilidade tenha sido induzida na primeira planta parental, assim produzindo semente híbrida não natural. Plantas: o método dessa invenção inclui fornecer uma planta transgênica, indutivamente estéril, útil como uma planta parental, que é pre-ferivelmente uma planta de cultivo propagada por semente, tal como aquelas descritas sob o título "Fazendo e Usando Células de Planta Transgênicas e Plantas Transgênicas". Exemplos não limitantes de plantas preferidas incluem milho, arroz, trigo, aveia, cevada, centeio, triticale, painço, sorgo, quinoa, amaranto, trigo sarraceno, grama de forragem, turfa, alfafa, algodão, açafroa, girassol, soja, canola, colza, linho, amendoim, feijão, ervilha, lentilha, alfafa, alface, aspargo, alcachofra, aipo, cenoura, rabanete, repolho, couve galega, mostarda, brócolis, couve flor, couve de Bruxelas, nabo, couve rábano, pepino, melões, abóbora moranga, abóbora menina, cebola, alho-poró, cha- lotas, cebolinha, tomate, berinjela, pimenta, fisális, beterraba, acelga, espinafre, plantas ornamentais, e árvores florestais. Plantas particularmente preferidas incluem milho, arroz, trigo, algodão, açafroa, girassol, canola, e colza. Em uma modalidade particularmente preferida, o método é útil para produzir a semente de milho híbrida não natural.A first aspect of this invention provides a method for producing a non-natural hybrid seed, including the steps of: (a) providing a first transgenic, inductively sterile parental plant that contains in its genome a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes: ( i) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in reproductive tissue of the first parental plant; and (ii) a first messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a first herbicide, wherein the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in reproductive tissue, and wherein sterility of the first parental plant is inducible by application of the first herbicide the first parental plant; (b) crossing the first parental plant with a second parental plant under conditions where sterility has been induced in the first parental plant, thereby producing unnatural hybrid seed. Plants: The method of this invention includes providing an inductively sterile, transgenic plant useful as a parent plant, which is preferably a seed-propagated crop plant, such as those described under the heading "Making and Using Transgenic Plant Cells and Transgenic Plants”. Non-limiting examples of preferred plants include corn, rice, wheat, oats, barley, rye, triticale, millet, sorghum, quinoa, amaranth, buckwheat, forage grass, peat, alfalfa, cotton, safflower, sunflower, soybeans, canola, rapeseed, flax, peanuts, beans, peas, lentils, alfalfa, lettuce, asparagus, artichokes, celery, carrots, radishes, cabbage, kale, mustard, broccoli, cauliflower, Brussels sprouts, turnips, kohlrabi, cucumbers, melons , strawberry pumpkin, pumpkin, onion, leek, shallots, chives, tomato, eggplant, pepper, physalis, beet, chard, spinach, ornamental plants, and forest trees. Particularly preferred plants include corn, rice, wheat, cotton, safflower, sunflower, canola, and rapeseed. In a particularly preferred embodiment, the method is useful for producing non-natural hybrid corn seed.
Esterilidade: por "esterilidade" entende-se a incapacidade de produzir com sucesso semente de progénie viável. Macho esterilidade inclui, por exemplo, a incapacidade de produzir gametas masculinos (por exemplo, grãos de pólen férteis, maduros) capazes de fertilizar gametas femininos, ou 5 a incapacidade de produzir as estruturas reprodutivas masculinas, (por exemplo, anteras, estames, filamentos) necessários para gametas masculinos serem capazes de fertilização normal de gametas femininos. Fêmea esterilidade inclui, por exemplo, a incapacidade de produzir gametas femininos capazes de ser fertilizados, ou a incapacidade de produzir uma semente com- 10 pletamente desenvolvida (seja viável ou estéril), ou a incapacidade de produzir semente de progénie viável capaz de ser germinada e se desenvolver em uma planta de progénie normal. Tecido reprodutivo: em modalidades da planta transgênica indu-tivamente estéril, onde a esterilidade é macho esterilidade, o tecido reprodu- 15 tivo é tecido reprodutivo masculino. Tecido reprodutivo masculino incluí qualquer tecido que é necessário para o desenvolvimento de gametas masculinos para fertilidade (isto é, que tem a capacidade de fertilizar um gameta feminino), por exemplo, pólen ou gametas masculinos em qualquer estágio do desenvolvimento, anteras, estames, filete, pendões, e outras partes flo- 20 rais masculinas, tecidos nutritivos, e outras estruturas envolvidas na capacidade de uma planta parental masculina fertilizar uma planta parental feminina.Sterility: By "sterility" is meant the inability to successfully produce viable progeny seed. Male sterility includes, for example, the inability to produce male gametes (e.g., fertile, mature pollen grains) capable of fertilizing female gametes, or 5 the inability to produce male reproductive structures, (e.g., anthers, stamens, filaments ) necessary for male gametes to be capable of normal fertilization of female gametes. Female sterility includes, for example, the inability to produce female gametes capable of being fertilized, or the inability to produce a fully developed seed (whether viable or sterile), or the inability to produce viable progeny seed capable of being germinated. and develop into a normal progeny plant. Reproductive tissue: in embodiments of the inductively sterile transgenic plant, where sterility is male sterility, the reproductive tissue is male reproductive tissue. Male reproductive tissue includes any tissue that is necessary for the development of male gametes for fertility (i.e., that has the ability to fertilize a female gamete), e.g. pollen or male gametes at any stage of development, anthers, stamens, fillet , tassels, and other male floral parts, nutritive tissues, and other structures involved in the ability of a male parent plant to fertilize a female parent plant.
Em modalidades da planta transgênica indutivamente estéril onde a esterilidade é fêmea esterilidade, o tecido reprodutivo é tecido reprodu- 25 tivo feminino. Tecido reprodutivo feminino inclui qualquer tecido que é necessário para o desenvolvimento de gametas femininos para fertilidade (isto é, que têm a capacidade de ser fertilizados por um gameta masculino, mais preferivelmente que têm a capacidade de produzir uma semente completamente desenvolvida (seja viável ou estéril), e em muitas modalidades o mais 30 preferivelmente tendo a habilidade de produzir semente de progénie viável capaz de ser germinada e desenvolvida em uma planta de progénie normal). Tecido reprodutivo feminino inclui, por exemplo óvulos ou gametas femininos em qualquer estágio de desenvolvimento, estigmas, pistilos, e outras partes florais femininas, revestimentos de semente, frutos, raques, espigas, ou outros tecidos nutritivos, de suporte ou protetores, e qualquer outra estrutura envolvida na capacidade de uma planta parental feminina ser fertilizada por uma planta parental masculina, produzir uma semente completamente desenvolvida, ou produzir uma semente de progénie viável. Em certas modalidades, esterilidade resulta em falha de um óvulo fertilizado se desenvolver para uma semente viável, e "tecido reprodutivo" refere-se a um óvulo fertilizado (por exemplo, um zigoto ou um embrião de qualquer estágio de desen-volvimento, ou os tecidos maternos necessários para o desenvolvimento de um óvulo fertilizado em uma semente tal como um endosperma ou outros tecidos nutritivos). miRNA maduro: por "miRNA maduro" entende-se o pequeno RNA ("microRNA") processado a partir de um precursor de miRNA (por exemplo, primRNA ou pré-miRNA), que é capaz de reconhecer e se ligar a uma seqüência específica ("sítio de reconhecimento de miRNA") dentro de um transcrito de RNA, e guiar a clivagem daquele transcrito. miRNAs maduros preferidos incluem miRNAs maduros que são expressos especificamente no tecido reprodutivo de uma planta. Em uma modalidade não limitante da invenção, o miRNA maduro é um miRNA de uma planta de cultivo, tal como miRNA de milho ou um miRNA de soja. Exemplos não limitantes de miRNAs úteis nessa invenção são fornecidos nos Exemplos de trabalho e incluem, mas não são limitados, aos miRNAs identificados nas Tabelas 1, 2, 3, 4, 5 e 6, incluindo os miRNAs que têm SEQ ID NO. 297, SEQ ID NO. 302, SEQ ID NO. 314, SEQ ID NO. 319, SEQ ID NO. 323, SEQ ID NO. 328, SEQ ID NO. 333, ou SEQ ID NO. 338. Sítios de reconhecimento de miRNA: o constructo de DNA re-combinante transcreve RNA que inclui um ou mais sítios de reconhecimento de miRNA exógenos, que podem ser uma ou mais cópias do mesmo sítio de reconhecimento de miRNA exógeno ou uma ou mais copias de diferentes sítios de reconhecimento de miRNA exógeno. O sítio de reconhecimento de miRNA exógeno pode estar localizado em qualquer local no RNA transcrito onde, quando o miRNA maduro não está presente, a transcrição produz um RNA mensageiro que é traduzível para a proteína de tolerância a herbicida desejada, e onde o miRNA maduro está presente, o miRNA maduro se iiga ao transcrito de RNA e suprime a expressão do RNA mensageiro. Um ou mais sítios de reconhecimento de miRNA exógenos podem estar localizados em regiões codificantes ou em regiões não codificantes do RNA mensageiro. Em várias modalidades, o sítio de reconhecimento de miRNA exógeno está localizado dentro de pelo menos um de (a) uma região a 5’ da seqüência codificante do RNA mensageiro; (b) uma região a 3’ da seqüência codificante do RNA mensageiro; e (c) o RNA mensageiro. Em uma modalidade preferida, o pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA está localizado na região 3’ não traduzida do RNA mensageiro. Em várias modalidades, o cons- tructo de DNA recombinante ainda inclui pelo menos um elemento selecionado a partir de: (a) um promotor de planta; (b) um elemento de supressão gênica; (c) um íntron; (d) um elemento de expressão gênica; (e) DNA que transcreve um aptâmero de RNA capaz de se ligar a um ligante; (f) DNA que transcreve um aptâmero de RNA capaz de se ligar a um ligante e DNA que transcreve RNA regulatório capaz de regular a expressão de uma seqüência alvo, caracterizado em que a regulação é dependente da conformação do RNA regulatório, e a conformação do RNA regulatório é afetada alosterica- mente pelo estado de ligação do aptâmero de RNA, e (g) pelo menos uma borda de T-DNA. Esses elementos adicionais são descritos em detalhe abaixo sob o título "Plantas Transgênicas Indutivamente Estéreis que Contêm um Constructo de DNA Recombinante".In embodiments of the inductively sterile transgenic plant where the sterility is female sterility, the reproductive tissue is female reproductive tissue. Female reproductive tissue includes any tissue that is necessary for the development of female gametes for fertility (i.e., that have the capacity to be fertilized by a male gamete, more preferably that have the capacity to produce a fully developed seed (whether viable or sterile) ), and in many embodiments most preferably having the ability to produce viable progeny seed capable of being germinated and developed into a normal progeny plant). Female reproductive tissue includes, for example, female ovules or gametes at any stage of development, stigmas, pistils, and other female floral parts, seed coats, fruits, rachises, ears, or other nutritive, supportive, or protective tissues, and any other structure involved in the ability of a female parent plant to be fertilized by a male parent plant, produce a fully developed seed, or produce a viable progeny seed. In certain embodiments, sterility results in the failure of a fertilized egg to develop into a viable seed, and "reproductive tissue" refers to a fertilized egg (e.g., a zygote or an embryo of any stage of development, or the maternal tissues necessary for the development of a fertilized egg into a seed such as an endosperm or other nutritive tissues). mature miRNA: by "mature miRNA" is meant the small RNA ("microRNA") processed from a miRNA precursor (e.g. primRNA or pre-miRNA), which is capable of recognizing and binding to a specific sequence ("miRNA recognition site") within an RNA transcript, and guide the cleavage of that transcript. Preferred mature miRNAs include mature miRNAs that are specifically expressed in the reproductive tissue of a plant. In a non-limiting embodiment of the invention, the mature miRNA is a miRNA from a crop plant, such as a corn miRNA or a soybean miRNA. Non-limiting examples of miRNAs useful in this invention are provided in the Working Examples and include, but are not limited to, the miRNAs identified in Tables 1, 2, 3, 4, 5 and 6, including the miRNAs that have SEQ ID NO. 297, SEQ ID NO. 302, SEQ ID NO. 314, SEQ ID NO. 319, SEQ ID NO. 323, SEQ ID NO. 328, SEQ ID NO. 333, or SEQ ID NO. 338. MiRNA recognition sites: The recombinant DNA construct transcribes RNA that includes one or more exogenous miRNA recognition sites, which may be one or more copies of the same exogenous miRNA recognition site or one or more copies of different exogenous miRNA recognition sites. The exogenous miRNA recognition site can be located at any location on the transcribed RNA where, when the mature miRNA is not present, transcription produces a messenger RNA that is translatable to the desired herbicide tolerance protein, and where the mature miRNA is present, the mature miRNA binds to the RNA transcript and suppresses the expression of messenger RNA. One or more exogenous miRNA recognition sites may be located in coding regions or non-coding regions of the messenger RNA. In various embodiments, the exogenous miRNA recognition site is located within at least one of (a) a region 5' of the messenger RNA coding sequence; (b) a region 3' of the messenger RNA coding sequence; and (c) messenger RNA. In a preferred embodiment, the at least one miRNA recognition site is located in the 3' untranslated region of the messenger RNA. In various embodiments, the recombinant DNA construct further includes at least one element selected from: (a) a plant promoter; (b) a gene suppression element; (c) an intron; (d) a gene expression element; (e) DNA that transcribes an RNA aptamer capable of binding a ligand; (f) DNA that transcribes an RNA aptamer capable of binding a ligand and DNA that transcribes regulatory RNA capable of regulating the expression of a target sequence, characterized in that regulation is dependent on the conformation of the regulatory RNA, and the conformation of the Regulatory RNA is affected allosterically by the binding state of the RNA aptamer, and (g) at least one T-DNA edge. These additional elements are described in detail below under the heading "Inductively Sterile Transgenic Plants Containing a Recombinant DNA Construct".
Qualquer sítio de reconhecimento de miRNA que é reconhecido por um miRNA maduro que tem o padrão de expressão desejado (isto é, expressão específica em tecido reprodutivo masculino ou feminino) é útil em modalidades dessa invenção. Múltiplos sítios de reconhecimento de miRNA podem ser usados para suprimir especificamente a expressão da proteína em uma combinação desejada de tecidos reprodutivos. Por exemplo, um constructo de DNA recombinante pode incluir múltiplos sítios de reconhecimento, em que cada um dos quais é reconhecido por um miRNA que tem expressão específica em um tecido reprodutivo masculino (ou feminino) diferente (por exemplo, um miRNA expresso em pólen e um miRNA expresso no pendão). A seleção de um miRNA maduro apropriado ou seu sítio de reco- nhecimento de miRNA correspondente é realizada por métodos conhecidos dos versados na técnica, incluindo aqueles ilustrados em detalhe nos exemplos de trabalho fornecidos aqui. Métodos incluem clonagem de moléculas de miRNA maduro ou precursoras de miRNA (pré-miRNAs, primRNAs) de plantas inteiras ou sementes ou de tecidos selecionados, informação de miRNA baseada em bioinformática, Southern blots de miRNA ou moléculas precursoras de miRNA, determinar os padrões de expressão de promotor de miRNA, etc. Em modalidades não limitantes, o sítio de reconhecimento de miRNA é reconhecido por um miRNA maduro derivado da estrutura de ''fold- back11 de uma seqüência de MIR identificada nas Tabelas 1 até 6; particularmente preferidos são os sítios de reconhecimento de miRNA reconhecidos pelos miRNAs maduros identificados na Tabela 6.Any miRNA recognition site that is recognized by a mature miRNA that has the desired expression pattern (i.e., specific expression in male or female reproductive tissue) is useful in embodiments of this invention. Multiple miRNA recognition sites can be used to specifically suppress protein expression in a desired combination of reproductive tissues. For example, a recombinant DNA construct may include multiple recognition sites, each of which is recognized by a miRNA that has specific expression in a different male (or female) reproductive tissue (e.g., a miRNA expressed in pollen and a miRNA expressed in the tassel). The selection of an appropriate mature miRNA or its corresponding miRNA recognition site is carried out by methods known to those skilled in the art, including those illustrated in detail in the working examples provided here. Methods include cloning mature miRNA molecules or miRNA precursors (pre-miRNAs, primRNAs) from whole plants or seeds or from selected tissues, bioinformatics-based miRNA information, Southern blots of miRNA or miRNA precursor molecules, determining the patterns of miRNA promoter expression, etc. In non-limiting embodiments, the miRNA recognition site is recognized by a mature miRNA derived from the fold-back11 structure of a MIR sequence identified in Tables 1 to 6; Particularly preferred are the miRNA recognition sites recognized by the mature miRNAs identified in Table 6.
Clivagem de um transcrito de RNA alvo e a subseqüente supressão do RNA alvo é dependente de pareamento de base entre o miRNA maduro e seu sítio de reconhecimento de miRNA cognato. Dessa forma, o pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno é desenhado para ter complementaridade de seqüência suficiente ao miRNA maduro para permitir o reconhecimento e ligação pelo miRNA maduro. Em plantas, complementaridade de seqüência de um miRNA e seu sítio de reconhecimento é tipicamente alta, por exemplo, complementaridade perfeita entre 19, 20 ou 21 de 22 nucleotídeos (no caso de um miRNA maduro, que tem 21 nucleotí- deos de extensão), isto é, complementaridade de cerca de 90% ou mais. Um grau similar de complementaridade é preferível para sítios de reconhecimento para miRNAs de planta de qualquer extensão (por exemplo, 20, 21, 22, 23, e 24 nucleotídeos). Os requisitos de seqüência para ligação de miRNA maduro a um sítio de reconhecimento, e métodos para prever ligação de miRNA a uma dada seqüência, são discutidos, por exemplo, em Llave et al. (2002) Science, 297:2053-2056, Rhoades et al. (2002) Cell, 110:513-520, Jones-Rhoades and Bartel (2004) Mol. Cell, 14:787-799, Schwab etal (2005) Developmental Cell, 8:517-527, e Xie etal. (2005) Plant Physiol., 138:21452154. Quando se desenha um sítio de reconhecimento de miRNA assim como sua localização exata em, ou adjacente a, um RNA mensageiro, também é preferível evitar seqüências que têm características indesejáveis, tais se- qüências codificando polipeptídeos indesejáveis, conforme descrito abaixo sob o título "Genes Alvo". Ao desenhar RNA mensageiro como um transgene a ser expresso, a introdução não intencional de um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno é evitada onde supressão por um miRNA maduro 5 não é desejada.Cleavage of a target RNA transcript and subsequent suppression of the target RNA is dependent on base pairing between the mature miRNA and its cognate miRNA recognition site. In this way, the at least one exogenous miRNA recognition site is designed to have sufficient sequence complementarity to the mature miRNA to allow recognition and binding by the mature miRNA. In plants, sequence complementarity of a miRNA and its recognition site is typically high, for example, perfect complementarity between 19, 20 or 21 of 22 nucleotides (in the case of a mature miRNA, which is 21 nucleotides long), that is, complementarity of about 90% or more. A similar degree of complementarity is preferable for recognition sites for plant miRNAs of any length (e.g., 20, 21, 22, 23, and 24 nucleotides). The sequence requirements for mature miRNA binding to a recognition site, and methods for predicting miRNA binding to a given sequence, are discussed, for example, in Llave et al. (2002) Science, 297:2053-2056, Rhoades et al. (2002) Cell, 110:513-520, Jones-Rhoades and Bartel (2004) Mol. Cell, 14:787-799, Schwab etal (2005) Developmental Cell, 8:517-527, and Xie etal. (2005) Plant Physiol., 138:21452154. When designing a miRNA recognition site as well as its exact location in, or adjacent to, a messenger RNA, it is also preferable to avoid sequences that have undesirable characteristics, such sequences encoding undesirable polypeptides, as described below under the heading "Genes Target". By designing messenger RNA as a transgene to be expressed, the unintentional introduction of an exogenous miRNA recognition site is avoided where suppression by a mature miRNA is not desired.
Expressão específica: por "especificamente expresso em tecido reprodutivo" entende-se que o miRNA maduro é transcrito em tecido reprodutivo em um nível suficiente para permitir que o miRNA suprima especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo, isto é, suprima es- 10 pecificamente a expressão no tecido reprodutivo da proteína que confere tolerância a um herbicida, mas não suprima substancialmente a expressão da mesma proteína em tecidos diferentes dos tecidos reprodutivos. Supressão substancial de expressão inclui pelo menos 30, pelo menos 50, pelo menos 60, pelo menos 70, pelo menos 80, pelo menos 85, pelo menos 90, 15 pelo menos 95, ou pelo menos 98 por cento de supressão de expressão, em relação aquela em células de controle (isto é, células.que incluem um cons- tructo de DNA recombinante análogo, por exemplo, um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui o mesmo RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um herbicida, mas que não inclui um sítio de reconhecimento de RNA exógeno reconhecível pelo miRNA maduro especificamente expresso no tecido reprodutivo da planta). Em modalidades preferidas, o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo para um grau suficiente para resultar em esterilidade do tecido reprodutivo quando o herbicida é aplicado.Specific expression: By "specifically expressed in reproductive tissue" it is meant that the mature miRNA is transcribed in reproductive tissue at a level sufficient to allow the miRNA to specifically suppress expression of the protein in reproductive tissue, i.e., specifically suppress the expression in reproductive tissue of the protein that confers tolerance to a herbicide, but does not substantially suppress expression of the same protein in tissues other than reproductive tissues. Substantial suppression of expression includes at least 30, at least 50, at least 60, at least 70, at least 80, at least 85, at least 90, 15 at least 95, or at least 98 percent suppression of expression, in relationship to that in control cells (i.e., cells that include an analogous recombinant DNA construct, e.g., a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes the same messenger RNA that encodes a protein that confers tolerance to a herbicide , but which does not include an exogenous RNA recognition site recognizable by the mature miRNA specifically expressed in plant reproductive tissue). In preferred embodiments, the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in reproductive tissue to a degree sufficient to result in sterility of the reproductive tissue when the herbicide is applied.
Aqueles versados na técnica reconhecem que, em certos casos, tolerância a um herbicida pode ser adequadamente obtida em níveis de expressão moderados ou mesmo baixos de uma proteína de tolerância a herbicida. Portanto, não é uma exigência que o miRNA maduro esteja completamente ausente em tecidos diferentes do tecido reprodutivo, nem é uma exigência que a expressão da proteína de tolerância ao herbicida esteja completamente suprimida no tecido reprodutivo. Proteína que confere tolerância a herbicida: qualquer proteína que confere tolerância para uma planta a um herbicida pode ser usada. Em muitas modalidades, o herbicida é um herbicida sistêmico. Exemplos não limitantes de herbicidas úteis em aspectos dessa invenção incluem os herbicidas glifosato, dicamba, glufosinato, sulfoniluréias, imidazolinonas, bromo- xinil, dalapon, dicamba, cicioezanodiona, inibidores de protoporfirinogênio oxidase, e isoxaflutol. Exemplos não limitantes de proteínas que conferem tolerância ao glifosato incluem 5-enolpiruvilchiquimato-3-fosfato-sintase ("EPSPS" ou "aroA", vide Patentes U. S. números 5.627.061, 5.633.435, 6.040.497, e 5.094.945), glifosato oxidorredutase ("GOX", vide Patente U.S. Número 5.463.175), glifosato descarboxilase (vide Publicação de Pedido de Patente U. S. 2004/0177399), glifosato /V-acetil transferase ("GAT”, vide Publicação de Pedido de Patente U. S. 2003/0083480) ou qualquer outro gene que forneça resistência ao glifosato. Uma modalidade particularmente preferida é "epsps-cp4" ou 5-enolpiruvilchiquimato-3-fosfato sintase da cepa CP4 de Agrobacterium tumefaciens; Patente U.S. número 5.633.435 descreve seqüências de ácido nucléico e seqüências de aminoácido de epsps-cp4, vetores de transformação que contêm esse gene, e métodos de fazer plantas resistentes ao glifosato. Exemplos não limitantes de proteínas que conferem tolerância a outros herbicidas incluem dicamba monooxigenase, que confere tolerância a herbicidas semelhantes a auxina tal como dicamba (vide Publicações de Pedido de Patente U. S. 2003/0115626, 2003/0135879); fos- finotricina acetiltransferase ("pat" ou "bar1'), que confere tolerância a fosfino- tricina ou glufosinato (vide Patente U. S. Números 5.646.024, 5.561.236, 5.276.268 5.637.489, e US 5.273.894; vide também Pedido de Patente Europeu EP 275.957;); ácido 2,2-dicloropropiônico desalogenase, que confere tolerância ao ácido 2,2-dicloropropiônico ("Dalapon") (vide Publicação de Patente PCT WO99/27116); acetoidroxiácido sintase ou acetolactato sintase, que confere tolerância a inibidores de acetolactato sintase tais como sulfoni- luréia, imidazoiinona, triazolopirimidina, pirimidiloxibenzoatos, e ftalídeo (vide Patentes U. S. números 6.225.105, 5.767.366, 4.761.373, 5.633.437, 6.613.963, 5.013.659, 5.141.870, 5.378.824 e 5.605.011); haloarilnitrilase ("Bxn"), que confere tolerância ao bromoxinil (vide Patente U. S. número 4.810.648; vide também Publicações de Pedido de Patente PCT W089/00193 e WQ87/04181A1); acetil-coenzima A carboxilase modificada, que confere tolerância a cicloexanodiona ("setoxidim") e ariloxifenoxipropio- nato ("haloxifop") (vide Patente U. S. número 6.414.222); diidropteroato sin- tase ("sul I"), que confere tolerância a herbicidas de sulfonamida (vide Patente U.S. Números 5.597.717, 5.633.444, e 5.719.046); polipeptídeo de fotos- 5 sistema II de 32 kDa ("psbA1’), que confere tolerância a herbicidas de triazina (vide Hirschberg etal. (1983) Science, 222:1346-1349); antranilato sintase, que confere tolerância a 5-metiltriptofano (vide Patente U. S. número 4.581.847); ácido diidrodipicolínico sintase (“dap A"), que confere tolerância a aminoetil cisteína (vide Publicação de Pedido de Patente PCT 10 WO89/11789); fitoeno desaturase ("crtl"), que confere tolerância a herbicidas de piridazinona tais como norflurazon (vide Publicação de Patente Japonesa JP06343473); hidroxifenil piruvato dioxigenase, que confere tolerância a 'll herbicidas de ciclopropilisoxazol tal como isoxaflutol (vide Patente U. S. número 6.268.549; vide também Publicação de Pedido de Patente PCT 15 WO96/38567); protoporfirinogênio oxidase I modificada ("protox"), que confe re tolerância a inibidores de protoporfirinogênio oxidase (vide Patente U. S. número 5.939.602); ariloxialcanoato dioxigenase ("AAD-1"), que confere tolerância a um herbicida que contém uma porção de ariloxialcanoato (vide Publicação de Pedido de Patente PCT WO05/107437), exemplos de tais herbi- 20 cidas incluem fenóxi auxinas (tais como 2,4-D e diclorprop), piridilóxi auxinas (tais como fluroxipir e triclopir), inibidores de ariloxifenoxipropionatos (AOPP) acetilcoenzima A carboxilase (ACCase), (tais como haloxifop, quizalofop, e diclofop) e inibidores de fenoxiacetato protoporfirinogênio oxidase IX 5- modificados (tais como piraflufen e flumiclorac).Those skilled in the art recognize that, in certain cases, tolerance to a herbicide can be adequately obtained at moderate or even low expression levels of a herbicide tolerance protein. Therefore, it is not a requirement that the mature miRNA be completely absent in tissues other than reproductive tissue, nor is it a requirement that herbicide tolerance protein expression be completely suppressed in reproductive tissue. Protein that confers tolerance to herbicide: any protein that confers tolerance to a plant to an herbicide can be used. In many embodiments, the herbicide is a systemic herbicide. Non-limiting examples of herbicides useful in aspects of this invention include the herbicides glyphosate, dicamba, glufosinate, sulfonylureas, imidazolinones, bromoxynil, dalapon, dicamba, cycloezanedione, protoporphyrinogen oxidase inhibitors, and isoxaflutole. Non-limiting examples of proteins that confer tolerance to glyphosate include 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase ("EPSPS" or "aroA", see U.S. Patent Nos. 5,627,061, 5,633,435, 6,040,497, and 5,094,945) , glyphosate oxidoreductase ("GOX", see U.S. Patent Number 5,463,175), glyphosate decarboxylase (see U.S. Patent Application Publication 2004/0177399), glyphosate/V-acetyl transferase ("GAT", see U.S. Patent Application Publication 2003/0083480) or any other gene that provides resistance to glyphosate. A particularly preferred embodiment is "epsps-cp4" or 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase from the CP4 strain of Agrobacterium tumefaciens; nucleic acid and amino acid sequences of epsps-cp4, transformation vectors that contain this gene, and methods of making plants resistant to glyphosate. Non-limiting examples of proteins that confer tolerance to other herbicides include dicamba monooxygenase, which confers tolerance to auxin-like herbicides. such as dicamba (see U.S. Patent Application Publications 2003/0115626, 2003/0135879); phosphinothricin acetyltransferase ("pat" or "bar1'), which confers tolerance to phosphinothricin or glufosinate (see U.S. Patent Numbers 5,646,024, 5,561,236, 5,276,268, 5,637,489, and US 5,273,894; see also European Patent Application EP 275,957;); 2,2-dichloropropionic acid dehalogenase, which confers tolerance to 2,2-dichloropropionic acid ("Dalapon") (see PCT Patent Publication WO99/27116); which confers tolerance to acetolactate synthase inhibitors such as sulfonylurea, imidazoinone, triazolopyrimidine, pyrimidyloxybenzoates, and phthalide (see U.S. Patent Nos. 6,225,105, 5,767,366, 4,761,373, 5,633,437, 6,613,963, 59 , 5,141,870, 5,378,824 and 5,605,011); haloarylnitrilase ("Bxn"), which confers tolerance to bromoxynil (see U.S. Patent number 4,810,648; see also PCT Patent Application Publications W089/00193 and WQ87/04181A1 ); acetyl-coenzyme A modified carboxylase, which confers tolerance to cyclohexanedione ("sethoxydim") and aryloxyphenoxypropionate ("haloxyfop") (see U.S. Patent number 6,414,222); dihydropteroate synthase ("sul I"), which confers tolerance to sulfonamide herbicides (see U.S. Patent Numbers 5,597,717, 5,633,444, and 5,719,046); 32 kDa photo-5 system II polypeptide ("psbA1'), which confers tolerance to triazine herbicides (see Hirschberg etal. (1983) Science, 222:1346-1349); anthranilate synthase, which confers tolerance to 5-methyltryptophan (see U.S. Patent number 4,581,847); dihydrodipicolinic acid synthase (“dap A”), which confers tolerance to aminoethyl cysteine (see PCT Patent Application Publication 10 WO89/11789); phytoene desaturase ("crtl"), which confers tolerance to pyridazinone herbicides such as norflurazon (see Japanese Patent Publication JP06343473); hydroxyphenyl pyruvate dioxygenase, which confers tolerance to cyclopropyl isoxazole herbicides such as isoxaflutole (see U.S. Patent Number 6,268,549; see also PCT Patent Application Publication 15 WO96/38567); modified protoporphyrinogen oxidase I ("protox"), which confers tolerance to protoporphyrinogen oxidase inhibitors (see U.S. Patent number 5,939,602); aryloxyalkanoate dioxygenase ("AAD-1"), which confers tolerance to a herbicide containing an aryloxyalkanoate moiety (see PCT Patent Application Publication WO05/107437), examples of such herbicides include phenoxy auxins (such as 2, 4-D and dichlorprop), pyridyloxy auxins (such as fluroxypyr and triclopyr), aryloxyphenoxypropionate (AOPP) acetylcoenzyme A carboxylase (ACCase) inhibitors (such as haloxyfop, quizalofop, and diclofop) and phenoxyacetate protoporphyrinogen oxidase IX 5- modified inhibitors (such as pyraflufen and flumiclorac).
Combinações de plantas parentais: o método dessa invenção pode ser executado usando várias combinações das primeiras plantas parentais e segundas plantas parentais. Em muitas modalidades do método, a segunda planta parental é tolerante ao primeiro herbicida; por exemplo, a segunda planta parental pode conter no seu genoma um transgene que con- fere tolerância ao primeiro herbicida. Essa invenção abrange modalidades do método em que: (a) o tecido reprodutivo é tecido reprodutivo masculino, a primeira planta parental é indutivamente macho estéril, e a segunda planta parental é normalmente fértil; ou (b) o tecido reprodutivo é tecido reprodutivo masculino, a primeira planta parental é indutivamente macho-estéril, e a segunda planta parental é fêmea-estéril; ou (c) o tecido reprodutivo é tecido reprodutivo masculino, a primeira planta parental é indutivamente macho- estéril, e a segunda planta parental é indutivamente fêmea-estéril; ou (d) o 5 tecido reprodutivo é tecido reprodutivo feminino, a primeira planta parental é indutivamente fêmea-estéril, e a segunda planta parental é normalmente fe- til; ou (e) o tecido reprodutivo é tecido reprodutivo feminino, a primeira planta parental é indutivamente fêmea-estéril, e a segunda planta parental é macho estéril; ou (f) o tecido reprodutivo é tecido reprodutivo feminino, a primeira 10 planta parental é indutivamente fêmea-estéril, e a segunda planta parental é indutivamente macho-estéril.Parental Plant Combinations: The method of this invention can be carried out using various combinations of the first parent plants and second parent plants. In many embodiments of the method, the second parental plant is tolerant to the first herbicide; for example, the second parental plant may contain in its genome a transgene that confers tolerance to the first herbicide. This invention encompasses embodiments of the method in which: (a) the reproductive tissue is male reproductive tissue, the first parental plant is inductively male sterile, and the second parental plant is normally fertile; or (b) the reproductive tissue is male reproductive tissue, the first parental plant is inductively male-sterile, and the second parental plant is female-sterile; or (c) the reproductive tissue is male reproductive tissue, the first parental plant is inductively male-sterile, and the second parental plant is inductively female-sterile; or (d) the reproductive tissue is female reproductive tissue, the first parental plant is inductively female-sterile, and the second parental plant is normally fertile; or (e) the reproductive tissue is female reproductive tissue, the first parental plant is inductively female-sterile, and the second parental plant is male sterile; or (f) the reproductive tissue is female reproductive tissue, the first parental plant is inductively female-sterile, and the second parental plant is inductively male-sterile.
Em uma modalidade do método, o tecido reprodutivo é tecido reprodutivo masculino, a primeira planta parental é indutivamente macho- estéril, e a segunda planta parental inclui uma segunda planta parental 15 transgênica, indutivamente fêmea-estéril contendo no seu genoma um construct© de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (i) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um segundo miRNA maduro que é especificamente expresso em tecido reprodutivo feminino da segunda planta parental; e (ii) um segundo RNA mensageiro 20 que codifica uma segunda proteína que confere tolerância a um segundo herbicida; em que o segundo miRNA maduro suprime especificamente a expressão da segunda proteína no tecido reprodutivo feminino, e em que a fêmea esterilidade da segunda planta parental é induzível pela aplicação do segundo herbicida a segunda planta parental. Em outra modalidade, o tecido 25 reprodutivo é tecido reprodutivo feminino, a primeira planta parental é indutivamente fêmea estéril, e a segunda planta parental inclui uma segunda planta parental transgênica, indutivamente macho estéril que contém no seu genoma um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (i) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível 30 por um segundo miRNA maduro que é especificamente expresso em tecido reprodutivo masculino da segunda planta parental; e (ii) um segundo RNA mensageiro que codifica uma segunda proteína que confere tolerância a um segundo herbicida, em que o segundo miRNA maduro suprime especifica- mente a expressão da segunda proteína no tecido reprodutivo masculino, e em que a macho esterilidade da segunda planta parental é induzível pela aplicação do segundo herbicida a segunda planta parental. Nessas modalidades, o primeiro e segundo RNAs mensageiros podem ser idênticos, ou 5 podem ser diferentes. Nessas modalidades, o primeiro herbicida e o segundo herbicida podem ser idênticos ou podem ser diferentes. Em alguns casos, . pelo menos um do primeiro herbicida e do segundo herbicida inclui um herbicida sistêmico. Em modalidades preferidas, pelo menos um do primeiro herbicida e do segundo herbicida inclui pelo menos um herbicida seleciona- 10 do a partir do grupo que consiste em glifosato, dicamba, glufosinato, sulfoni- luréias, imidazolinonas, bromoxinil, ácido 2,2-dicloropropiônico, inibidores de acetolactato sintase, cicloezanodiona, ariloxifenoxipropionato, herbicidas de sulfonamida, herbicidas de triazina, 5-metiltriptofano, aminoetil cisteína, her-bicidas de piridazinona, herbicidas de ciclopropilisoxazol, inibidores de pro- 15 toporfirinogênio oxidase, e herbicidas que contêm uma porção de ariloxial- canoato. .In one embodiment of the method, the reproductive tissue is male reproductive tissue, the first parental plant is inductively male-sterile, and the second parental plant includes a second transgenic, inductively female-sterile parental plant containing in its genome a DNA construct. recombinant that transcribes RNA that includes: (i) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a second mature miRNA that is specifically expressed in female reproductive tissue of the second parental plant; and (ii) a second messenger RNA 20 encoding a second protein that confers tolerance to a second herbicide; wherein the second mature miRNA specifically suppresses expression of the second protein in female reproductive tissue, and wherein female sterility of the second parental plant is inducible by application of the second herbicide to the second parental plant. In another embodiment, the reproductive tissue 25 is female reproductive tissue, the first parental plant is inductively female sterile, and the second parental plant includes a second transgenic, inductively male sterile parental plant that contains in its genome a recombinant DNA construct that transcribes RNA which includes: (i) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a second mature miRNA that is specifically expressed in male reproductive tissue of the second parental plant; and (ii) a second messenger RNA that encodes a second protein that confers tolerance to a second herbicide, wherein the second mature miRNA specifically suppresses expression of the second protein in male reproductive tissue, and wherein the male sterility of the second plant parental is inducible by application of the second herbicide to the second parental plant. In these embodiments, the first and second messenger RNAs may be identical, or 5 may be different. In these embodiments, the first herbicide and the second herbicide may be identical or may be different. In some cases, . at least one of the first herbicide and the second herbicide includes a systemic herbicide. In preferred embodiments, at least one of the first herbicide and the second herbicide includes at least one herbicide selected from the group consisting of glyphosate, dicamba, glufosinate, sulfonylureas, imidazolinones, bromoxynil, 2,2-dichloropropionic acid. , acetolactate synthase inhibitors, cycloezanedione, aryloxyphenoxypropionate, sulfonamide herbicides, triazine herbicides, 5-methyltryptophan, aminoethyl cysteine, pyridazinone herbicides, cyclopropylisoxazole herbicides, pro-toporphyrinogen oxidase inhibitors, and herbicides that contain a portion of aryloxyalkanoate. .
Em uma modalidade do método, a primeira planta parental é uma planta transgênica indutivamente estéril que contém no seu genoma um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (i) pelo 20 menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é especificamente expresso em tecido reprodutivo masculino da planta; e (ii) RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um herbicida, em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo masculino, e em que a 25 macho esterilidade da planta transgênica é induzível pela aplicação do herbicida à planta, e a segunda planta parental é normalmente fértil. Para induzir macho esterilidade da primeira planta parental, o herbicida é preferivelmente aplicado sob um regime que resulta na incapacidade da primeira planta parental produzir gametas masculinos (ou as estruturas reprodutivas mas- 30 culinas) necessárias para fertilização normal da segunda planta parental. Em tais modalidades, a segunda planta parental é geralmente tolerante ao mesmo herbicida usado para induzir macho esterilidade da primeira planta parental, e assim a primeira e segunda plantas parentais podem ser tratadas com o mesmo herbicida, preferivelmente simultaneamente (por exemplo, juntas em um campo). Um cruzamento da primeira e segunda plantas parentais produz semente que é o resultado de polinização da primeira planta parental pela segunda planta parental.In one embodiment of the method, the first parental plant is an inductively sterile transgenic plant that contains in its genome a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes: (i) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA which is specifically expressed in male reproductive tissue of the plant; and (ii) messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a herbicide, in which the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in male reproductive tissue, and in which male sterility of the transgenic plant is inducible by application of the herbicide to the plant, and the second parental plant is normally fertile. To induce male sterility of the first parental plant, the herbicide is preferably applied under a regimen that results in the inability of the first parental plant to produce male gametes (or male reproductive structures) necessary for normal fertilization of the second parental plant. In such embodiments, the second parental plant is generally tolerant to the same herbicide used to induce male sterility as the first parental plant, and thus the first and second parental plants can be treated with the same herbicide, preferably simultaneously (e.g., together in a field). ). A cross of the first and second parent plants produces seed that is the result of pollination of the first parent plant by the second parent plant.
Em outra modalidade do método, a primeira planta parental é uma planta transgênica indutivamente estéril que contém no seu genoma um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (i) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro; e (ii) um RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um herbicida, em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo feminino ou no óvulo fertilizado, e em que a fêmea esterilidade da planta transgênica é induzível pela aplicação do herbicida à planta, o herbicida é preferivelmente aplicado sob um regime que resulta, por exemplo, na incapacidade da primeira planta parental produzir gametas femininos capazes de ser fertilizados, ou na incapacidade de produzir uma semente completamente desenvolvida (seja viável ou estéril), ou a incapacidade de produzir semente de progénie viável capaz de ser germinada e se desenvolver em uma planta de progénie normal. Em tais modalidades, a segunda planta parental é geralmente tolerante ao mesmo herbicida usado para induzir fêmea esterilidade da primeira planta parental, e assim a primeira e segunda plantas parentais podem ser tratadas com o mesmo herbicida, preferivelmente simultaneamente. Um cruzamento da primeira e segunda plantas parentais produz semente que é o resultado de polinização da segunda planta parental pela primeira planta parental. Outro aspecto da invenção fornece um método para produzir uma semente híbrida não natural, que inclui as etapas de: (a) fornecer uma primeira planta parental que inclui uma planta transgênica cultivada a partir de uma primeira célula de planta transgênica (por exemplo, uma primeira célula de milho transgênica) que contém no seu genoma um primeiro constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (i) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um primei-ro miRNA maduro, e (ii) um primeiro RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um primeiro herbicida, em que o primeiro miRNA maduro é especificamente expresso em tecido reprodutivo masculino da primeira planta parental, assim suprimindo especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo masculino, e em que a macho esterilidade da primeira planta parental é induzível pela aplicação do primeiro herbicida a 5 primeira planta parental; (b) fornecer uma segunda planta parental que inclui uma planta transgênica cultivada a partir de uma segunda célula de pianta transgênica (por exemplo, uma segunda célula de milho transgênica) que contém no seu genoma um segundo constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (i) pelo menos um sítio de reconhecimento de 10 miRNA exógeno reconhecível por um segundo miRNA maduro, e (ii) um primeiro RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a (| um segundo herbicida, em que o segundo miRNA maduro é especificamente expresso em tecido reprodutivo feminino da segunda planta parental, assim suprimindo especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo 15 feminino, e em que a fêmea esterilidade da segunda planta parental é induzível pela aplicação do segundo herbicida a segunda planta parental; (c) aplicar o primeiro herbicida e o segundo herbicida às plantas parentais, assim induzindo macho esterilidade na primeira planta parental e fêmea esterilidade na segunda planta parental; (d) cruzar a primeira e segunda plantas pa- 20 rentals, em que óvulos da primeira planta parental são polinizados por pólen da segunda planta parental, assim produzindo semente híbrida não natural (por exemplo, semente de milho híbrida não natural).In another embodiment of the method, the first parental plant is an inductively sterile transgenic plant that contains in its genome a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes: (i) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA; and (ii) a messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a herbicide, wherein the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in female reproductive tissue or in the fertilized egg, and wherein the female sterility of the transgenic plant is inducible by application of the herbicide to the plant, the herbicide is preferably applied under a regime that results, for example, in the inability of the first parental plant to produce female gametes capable of being fertilized, or in the inability to produce a fully developed seed (either viable or sterile), or the inability to produce viable progeny seed capable of being germinated and developing into a normal progeny plant. In such embodiments, the second parental plant is generally tolerant to the same herbicide used to induce female sterility as the first parental plant, and thus the first and second parental plants can be treated with the same herbicide, preferably simultaneously. A cross of the first and second parent plants produces seed that is the result of pollination of the second parent plant by the first parent plant. Another aspect of the invention provides a method for producing a non-natural hybrid seed, which includes the steps of: (a) providing a first parental plant that includes a transgenic plant grown from a first transgenic plant cell (e.g., a first transgenic corn cell) that contains in its genome a first recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes: (i) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a first mature miRNA, and (ii) a first RNA messenger encoding a protein that confers tolerance to a first herbicide, wherein the first mature miRNA is specifically expressed in male reproductive tissue of the first parental plant, thereby specifically suppressing expression of the protein in male reproductive tissue, and wherein male sterility of the first parental plant is inducible by applying the first herbicide to the first parental plant; (b) providing a second parental plant that includes a transgenic plant grown from a second transgenic plant cell (e.g., a second transgenic corn cell) that contains in its genome a second recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes : (i) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a second mature miRNA, and (ii) a first messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to (| a second herbicide, wherein the second mature miRNA is specifically expressed in female reproductive tissue of the second parental plant, thereby specifically suppressing expression of the protein in female reproductive tissue, and wherein female sterility of the second parental plant is inducible by applying the second herbicide to the second parental plant; the first herbicide and the second herbicide to the parental plants, thereby inducing male sterility in the first parental plant and female sterility in the second parental plant; (d) crossing the first and second parental plants, in which ovules from the first parental plant are pollinated by pollen from the second parental plant, thus producing unnatural hybrid seed (e.g., unnatural hybrid corn seed).
Ao praticar qualquer um dos métodos para produzir semente híbrida, "cultivado" refere-se a cultivar uma planta transgênica por regenera- 25 ção direta a partir da primeira célula de planta transgênica ou cultivar uma planta de progénie transgênica da planta transgênica regenerada. Métodos para regenerar diretamente uma planta transgênica a partir de uma célula de planta transgênica, ou para cultivar plantas de progénie transgênicas (inclu-indo plantas de progénie natural e plantas de progénie híbrida) são bem- 30 conhecidas na técnica, e são descritas aqui sob o titulo "Fazendo e Usando Células de Planta Transgênicas e Plantas Transgênicas". O segundo RNA mensageiro pode ser o mesmo ou pode ser diferente do primeiro RNA mensageiro. Em várias modalidades, o primeiroWhen practicing any of the methods for producing hybrid seed, "cultivated" refers to cultivating a transgenic plant by direct regeneration from the first transgenic plant cell or cultivating a transgenic progeny plant from the regenerated transgenic plant. Methods for directly regenerating a transgenic plant from a transgenic plant cell, or for cultivating transgenic progeny plants (including natural progeny plants and hybrid progeny plants) are well known in the art, and are described herein under the title "Making and Using Transgenic Plant Cells and Transgenic Plants". The second messenger RNA may be the same or may be different from the first messenger RNA. In various embodiments, the first
RNA mensageiro e o segundo RNA mensageiro (a) são idênticos; ou (b) são diferentes e codificam segmentos diferentes da proteína; (c) são diferentes e codificam segmentos de proteínas diferentes. Em modalidades preferidas, o primeiro e segundo RNA mensageiros (sejam os mesmos ou diferentes) con- 5 ferem tolerância ao mesmo herbicida, o que fornece a conveniência de tratar um campo da primeira e segunda plantas parentais misturadas com um único herbicida; quando necessário, o herbicida é aplicado em um ou mais momentos a fim de induzir macho esterilidade da primeira planta parental e fêmea esterilidade da segunda planta parental. Em alguns casos, o primeiro 10 RNA mensageiro codifica uma primeira proteína que confere tolerância a um herbicida, e o segundo RNA mensageiro codifica uma segunda proteína diferente, que confere tolerância ao mesmo herbicida; um exemplo não limitante é onde a primeira e segunda proteínas são selecionadas a partir de um grupo (incluindo 5-eno1piruvilchiquimato-3-fosfato sintase, glifosato acetiltransfe- 15 rase e glifosato descarboxilase) em que todos conferem tolerância ao glifosato. Em outras modalidades, o primeiro e o segundo RNA mensageiros conferem tolerância a dois herbicidas diferentes, e preferivelmente a primeira e a segunda plantas parentais contêm ambas no seu genoma DNA que codifica duas proteínas, cada uma conferindo tolerância a um dos dois herbici- 20 das, permitindo que um campo da primeira e segunda plantas parentais seja tratado com os dois herbicidas (simultaneamente ou separadamente). Em várias modalidades do método o primeiro herbicida e o segundo herbicida (a) são idênticos; (b) são diferentes (em que a primeira e a segunda plantas parentais preferivelmente têm tolerância tanto ao primeiro como ao segundo 25 herbicida).Messenger RNA and the second messenger RNA (a) are identical; or (b) are different and encode different segments of the protein; (c) are different and encode different protein segments. In preferred embodiments, the first and second messenger RNA (whether the same or different) confer tolerance to the same herbicide, which provides the convenience of treating a field of the first and second parental plants mixed with a single herbicide; When necessary, the herbicide is applied at one or more times in order to induce male sterility of the first parental plant and female sterility of the second parental plant. In some cases, the first messenger RNA encodes a first protein that confers tolerance to a herbicide, and the second messenger RNA encodes a second, different protein that confers tolerance to the same herbicide; A non-limiting example is where the first and second proteins are selected from a group (including 5-ene1pyruvylshikimate-3-phosphate synthase, glyphosate acetyltransferrase and glyphosate decarboxylase) which all confer tolerance to glyphosate. In other embodiments, the first and second messenger RNAs confer tolerance to two different herbicides, and preferably the first and second parental plants both contain in their genome DNA encoding two proteins, each conferring tolerance to one of the two herbicides. , allowing a field of the first and second parental plants to be treated with both herbicides (simultaneously or separately). In various embodiments of the method the first herbicide and the second herbicide (a) are identical; (b) are different (wherein the first and second parental plants preferably have tolerance to both the first and second herbicide).
Regimes de aplicação de herbicida são usados por meio dos quais esterilidade induzível é obtida preferivelmente sem perda de campo ou outros resultados indesejáveis. Aplicação(Ões) de herbicida (é)são reguladas a fim de induzir esterilidade. Em um exemplo análogo, uma linhagem de al- 30 godão transgênico (RR1445) que contém EPSPS sob o controle de um promotor constitutivo de FMV 35S, foi descoberto ter alta expressão de EPSPS na maioria dos tecidos vegetativos, mas baixa expressão de EPSPS em certos tipos de tecido reprodutivos masculinos (células mãe de pólen, gametófi- tos masculinos, e tapetum); aplicações de glifosato após o estágio de quatro folhas resulta em esterilidade masculina (vide, Chen et al. (2006) Plant Bio- technol. J., 4:477-487, publicado antecipadamente online em 7 de junho de 2006, doí: 10.1111 /j. 1467-7652.2006.00203.x). ,Herbicide application regimes are used whereby inducible sterility is obtained preferably without field loss or other undesirable results. Herbicide application(s) are regulated in order to induce sterility. In an analogous example, a transgenic cotton line (RR1445) that contains EPSPS under the control of a constitutive FMV 35S promoter, was found to have high expression of EPSPS in most vegetative tissues, but low expression of EPSPS in certain male reproductive tissue types (pollen mother cells, male gametophytes, and tapetum); Applications of glyphosate after the four-leaf stage result in male sterility (see, Chen et al. (2006) Plant Biotechnol. J., 4:477-487, published in advance online June 7, 2006, doi: 10.1111 /j. 1467-7652.2006.00203.x). ,
Em modalidades preferidas, o método é útil para produzir semente híbrida não natural de uma planta de cultivo propagada por semente, tal como aquelas descritas sob o título "Fazendo e Usando Células de Planta Transgênicas e Plantas Transgênicas", por exemplo, milho, arroz, trigo, aveia, cevada, centeio, triticale, painço, sorgo, quinoa, amaranto, trigo sarraceno, grama de forragem, turfa, alfafa, algodão, açafroa, girassol, soja, canola, colza, linho, amendoim, feijão, ervilha, lentilha, alfafa, alface, aspargo, alcachofra, aipo, cenoura, rabanete, repolho, couve galega, mostarda, bróco- lis, couve flor, couve de Bruxelas, nabo, couve rábano, pepino, melões, abóbora moranga, abobora menina, cebola, alho-poró, chalotas, cebolinha, tomate, berinjela, pimenta, fisális, beterraba, acelga, espinafre, plantas ornamentais, e árvores florestais. Em uma modalidade particularmente preferida, a semente híbrida não natural é semente de milho. Semente híbrida não natural produzida usando atividade humana que inclui qualquer uma das modalidades do método são especificamente adicionalmente reivindicadas.In preferred embodiments, the method is useful for producing non-natural hybrid seed from a seed-propagated crop plant, such as those described under the title "Making and Using Transgenic Plant Cells and Transgenic Plants", e.g., corn, rice, wheat, oats, barley, rye, triticale, millet, sorghum, quinoa, amaranth, buckwheat, fodder grass, peat, alfalfa, cotton, safflower, sunflower, soybeans, canola, rapeseed, flax, peanuts, beans, peas, lentils , alfalfa, lettuce, asparagus, artichokes, celery, carrots, radishes, cabbage, kale, mustard, broccoli, cauliflower, Brussels sprouts, turnips, kohlrabi, cucumbers, melons, strawberry squash, pumpkin, onions, leeks, shallots, chives, tomatoes, eggplant, pepper, physalis, beetroot, chard, spinach, ornamental plants, and forest trees. In a particularly preferred embodiment, the non-natural hybrid seed is corn seed. Non-natural hybrid seed produced using human activity that includes any of the embodiments of the method are specifically further claimed.
Um aspecto independente dessa invenção inclui uma planta transgênica indutivamente estéril que contém no seu genoma um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (a) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é especificamente expresso em tecido reprodutivo da planta; e (b) RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um herbicida, em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo, e em que a esterilidade da segunda planta parental é induzível pela aplicação do herbicida à planta. Em uma modalidade, o tecido reprodutivo é tecido reprodutivo masculino e a esterilidade é macho esterilidade. Em outra modalidade, o tecido reprodutivo é tecido reprodutivo feminino e a esterilidade é fêmea esterilidade. Em uma modalidade adicional, o tecido reprodutivo é tecido reprodutivo inclui um óvulo fertilizado, e a esterilidade resulta na falha de óvulo fertilizado se desenvolver para uma semente viável.An independent aspect of this invention includes an inductively sterile transgenic plant that contains in its genome a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes: (a) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in tissue plant reproductive; and (b) messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a herbicide, wherein the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in reproductive tissue, and wherein sterility of the second parental plant is inducible by application of the herbicide to the plant. In one embodiment, the reproductive tissue is male reproductive tissue and the sterility is male sterility. In another embodiment, the reproductive tissue is female reproductive tissue and the sterility is female sterility. In a further embodiment, the reproductive tissue includes a fertilized egg, and sterility results in the failure of the fertilized egg to develop into a viable seed.
Em modalidades preferidas, a planta transgênica indutivamente 5 estéril é uma planta de cultivo propagada por semente, por exemplo, milho, milho, arroz, trigo, aveia, cevada, centeio, triticale, painço, sorgo, quinoa, amaranto, trigo sarraceno, grama de forragem, turfa, alfafa, algodão, açafroa, girassol, soja, canola, colza, linho, amendoim, feijão, ervilha, lentilha, alfafa, alface, aspargo, alcachofra, aipo, cenoura, rabanete, repolho, couve ga- lega, mostarda, brócolís, couve flor, couve de Bruxelas, nabo, couve rábano, pepino, melões, abóbora moranga, abobora menina, cebola, alho, alho-poró, chalotas, cebolinha, tomate, berinjela, pimenta, fisális, beterraba, acelga, espinafre, plantas ornamentais, e árvores florestais.In preferred embodiments, the inductively sterile transgenic plant is a seed-propagated crop plant, e.g., maize, maize, rice, wheat, oats, barley, rye, triticale, millet, sorghum, quinoa, amaranth, buckwheat, grass forage, peat, alfalfa, cotton, safflower, sunflower, soybeans, canola, rapeseed, flax, peanuts, beans, peas, lentils, alfalfa, lettuce, asparagus, artichokes, celery, carrots, radishes, cabbage, kale, mustard, broccoli, cauliflower, Brussels sprouts, turnip, kohlrabi, cucumber, melons, pumpkin, pumpkin, onion, garlic, leek, shallots, chives, tomato, eggplant, pepper, physalis, beetroot, chard, spinach, ornamental plants, and forest trees.
Constructos de DNA Recombinantes: a planta transgênica indu- tivamente estéril, fornecida por essa invenção tem no seu genoma um cons- tructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (a) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno que transcreve RNA que inclui: (a) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é especificamente expresso em tecido reprodutivo da planta; e (b) RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um herbicida, em que 0 miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo, e em que a esterilidade da segunda planta parental é induzível pela aplicação do herbicida à planta. Esse constructo de DNA recombinante é útil para fazer cromossomos de planta, células, plantas e sementes transgênicos, que contêm tal constructo, todos os quais são particularmente úteis para a produção de semente híbrida.Recombinant DNA Constructs: The inductively sterile transgenic plant provided by this invention has in its genome a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes: (a) at least one exogenous miRNA recognition site that transcribes RNA that includes: (a) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in plant reproductive tissue; and (b) messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a herbicide, wherein the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in reproductive tissue, and wherein the sterility of the second parental plant is inducible by application of the herbicide to the plant. Such a recombinant DNA construct is useful for making transgenic plant chromosomes, cells, plants and seeds, which contain such a construct, all of which are particularly useful for hybrid seed production.
Em várias modalidades dessa invenção, incluindo modalidades da planta transgênica indutivamente estéril, o constructo de DNA recombi- 30 nante ainda inclui pelo menos um elemento selecionado a partir de: (a) um promotor de planta; (b) um elemento de supressão gênica; (c) um íntron; (d) um elemento de expressão gênica; (e) DNA que transcreve um aptâmero de RNA capaz de se ligar a um ligante (f) DNA que transcreve um aptâmero de RNA capaz de se ligar a um ligante e DNA que transcreve RNA regulatório capaz de regular a expressão de um gene alvo, caracterizado em que a regulação é dependente da conformação do RNA regulatório, e a conformação do RNA regulatório é afetada alostericamente pelo estado de ligação do ap- 5 tâmero de RNA, e (g) pelo menos uma borda de T-DNA. Esses e outros elementos (por exemplo, terminadores e DNA espaçador) úteis nessa invenção são descritos em detalhe abaixo sob os títulos "Promotores11; "Elementos de Supressão Gênica", "íntrons", "Elementos de Expressão Gênica", "Aptâ- meros", "Ligantes", "RNA regulatório", "Bordas de T-DNA". Terminadores", e 10 "DNA espaçador" e em outros locais nessa descrição. Exemplos não limitantes de como esses vários elementos podem ser dispostos estão descritos nas Figuras 1 e 2. Técnicas para fazer e usar constructos de DNA recombinantes da invenção, para fazer células de planta transgênicas que contém os constructos de DNA recombinantes e plantas, sementes e plantas de pro- 15 gênie transgênicas derivadas delas, e para testar os efeitos de transcrever os constructos de DNA recombinantes, são descritos em detalhe sob os títulos "Fazendo e Usando Constructos de DNA Recombinantes", "Fazendo e Usando Células de Planta Transgênicas e Plantas Transgênicas" e em outros locais nessa descrição. Promotores: geralmente, o constructo de DNA recombinante in clui um promotor operativamente ligado ao DNA capaz de ser transcrito. Promotores adequados incluem qualquer promotor que é capaz de transcrever DNA na célula de planta onde a transcrição é desejada. Promotores não constitutivos adequados para uso com os constructos de DNA recombinan- 25 tes da invenção incluem promotores espacialmente específicos, promotores temporalmente específicos e promotores induzíveis. Promotores espacialmente específicos podem incluir promotores organela-, célula-, tecido-, ou órgão-específicos funcionais em uma planta (por exemplo, um promotor plastídeo-específico, raiz-específico, pólen-específico, ou semente-espe- 30 cífico para suprimir a expressão do primeiro RNA alvo em plastídeos, raízes, pólen, ou sementes, respectivamente). Em muitos casos, um promotor semente-específico, embrião-específico, aleurona-específico, ou endosperma- específico é especialmente útil. Promotores temporalmente específicos po- dem incluir promotores que tendem a promover expressão durante certos estágios de desenvolvimento no crescimento ou ciclo reprodutivo de uma planta, ou durante momentos diferentes do dia e da noite, ou em diferentes estações em um ano. Promotores induzíveis incluem promotores induzidos 5 por químicos (por exemplo, químicos exógenos ou sintéticos assim como ferormônios endógenos e outras moléculas de sinalização) ou por condições ambientais tais como, mas não limitadas a, estresse biótico ou abiótico (por exemplo, falta de água ou seca, calor, frio, níveis de nutriente ou sal altos ou baixos, níveis de luz altos ou baixos, ou infecção por praga ou patógeno). Um promotor expressão-específico também pode incluir promotores que são geralmente expressos constitutivamente mas em graus ou "forças" diferentes de expressão, incluindo promotores comumente tidos como "promotores fortes" ou como "promotores fracos". Pelo fato do sítio de reconhecimento de miRNA fornecer controle de expressão tecido-seietiva do RNA mensageiro, 15 em muitas modalidades preferidas o promotor é simplesmente um promotor constitutivo. .In various embodiments of this invention, including embodiments of the inductively sterile transgenic plant, the recombinant DNA construct further includes at least one element selected from: (a) a plant promoter; (b) a gene suppression element; (c) an intron; (d) a gene expression element; (e) DNA that transcribes an RNA aptamer capable of binding a ligand (f) DNA that transcribes an RNA aptamer capable of binding a ligand and DNA that transcribes regulatory RNA capable of regulating the expression of a target gene, characterized in that regulation is dependent on the conformation of the regulatory RNA, and the conformation of the regulatory RNA is affected allosterically by the binding state of the ap-5 RNA tamer, and (g) at least one T-DNA border. These and other elements (e.g., terminators and spacer DNA) useful in this invention are described in detail below under the headings "Promoters11; "Gene Suppression Elements", "Introns", "Gene Expression Elements", "Aptamers" , "Binds", "Regulatory RNA", "T-DNA Borders", and 10 "Spacer DNA" and elsewhere in this description. Non-limiting examples of how these various elements may be arranged are described in Figures 1 and 2. Techniques for making and using recombinant DNA constructs of the invention, for making transgenic plant cells containing the recombinant DNA constructs and plants, seeds and plants of transgenic progeny derived from them, and to test the effects of transcribing the recombinant DNA constructs, are described in detail under the headings "Making and Using Recombinant DNA Constructs", "Making and Using Transgenic Plant Cells and Transgenic Plants " and elsewhere in this description. Promoters: Generally, the recombinant DNA construct includes a promoter operably linked to the DNA capable of being transcribed. Suitable promoters include any promoter that is capable of transcribing DNA in the plant cell where transcription is desired. Suitable non-constitutive promoters for use with the recombinant DNA constructs of the invention include spatially specific promoters, temporally specific promoters and inducible promoters. Spatially specific promoters may include organelle-, cell-, tissue-, or organ-specific promoters functional in a plant (e.g., a plastid-specific, root-specific, pollen-specific, or seed-specific promoter to suppress the expression of the first target RNA in plastids, roots, pollen, or seeds, respectively). In many cases, a seed-specific, embryo-specific, aleurone-specific, or endosperm-specific promoter is especially useful. Temporally specific promoters may include promoters that tend to promote expression during certain developmental stages in the growth or reproductive cycle of a plant, or during different times of day and night, or in different seasons in a year. Inducible promoters include promoters induced by chemicals (e.g., exogenous or synthetic chemicals as well as endogenous pheromones and other signaling molecules) or by environmental conditions such as, but not limited to, biotic or abiotic stress (e.g., lack of water or drought, heat, cold, high or low nutrient or salt levels, high or low light levels, or pest or pathogen infection). An expression-specific promoter may also include promoters that are generally expressed constitutively but in different degrees or "strengths" of expression, including promoters commonly thought of as "strong promoters" or as "weak promoters". Because the miRNA recognition site provides control of tissue-selective expression of the messenger RNA, 15 in many preferred embodiments the promoter is simply a constitutive promoter. .
Exemplos específicos não limitantes de promotores úteis em plantas incluem um promotor de opalina sintase isolado de T-DNA de Agro- bacteríum, e um promotor 35S de vírus do mosaico da couve flor, entre ou- 20 tros, assim como elementos promotores intensificados ou elementos promotores quiméricos, por exemplo, um promotor 35S de vírus do mosaico da couve flor (CaMV) intensificado ligado a um elemento intensificador (um íntron da proteína de choque térmico 70 de Zea mays). Muitos promotores expressão-específicos funcionais em plantas e úteis em aspectos da invenção 25 são conhecidos na técnica. Por exemplo, Patentes U.S. 5.837.848; 6.437.217 e 6.426.446 descrevem promotores específicos de raiz; Patente U.S. 6.433.252 descreve um promotor de oleosina L3 de milho; a Publicação de Pedido de Patente U.S. 2004/0216189 descreve um promotor para um gene nuclear de planta que codifica uma aldolase localizada em plastídeo; Patente U.S. 6.084.089 descreve promotores induzíveis pelo frio; Patente U.S. número 6.140.078 descreve promotores induzíveis por sal; Patente U.S. 6.294.714 descreve promotores induzíveis por luz; Patente U.S. 6.252.138 descreve promotores induzíveis por patógeno; e Publicação de Pedido de Patente U.S. 2004/0123347 A1 descreve promotores induzíveis por falta de água. O elemento promotor pode incluir seqüências de ácido nucléico que são promotores ou elementos promotores ou homólogos desses de ocorrência não natural, mas que podem regular a expressão de um gene. Exemplos de tais seqüências regulatórias "independentes de gene11 incluem seqüências de RNA de ocorrência natural ou desenhadas artificialmente que incluem uma região de ligação a um ligante ou aptâmero e uma região regu- latória (que pode ser cis-atuante ou transatuante). Vide, por exemplo, Isaacs et al. (2004) Nat. Biotechnol., 22:841-847, Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechno!., 23:337-343, Mandai & Breaker (2004) Nature Bev. Mol. Cell Biol., 5:451-463, Davidson & Ellington (2005) Trends Biotechnol., 23:109-112, Winkler et al. (2002) Nature, 419:952-956, Sudarsan et al. (2003) RNA, 9:644-647, e Mandai & Breaker (2004) Nature Struct. Mol. Biol., 11:29-35. Tais "riboreguladores" poderiam ser selecionados ou desenhados para especificidade espacial ou temporal específica, por exemplo, para regular a tradução do gene exógeno apenas na presença (ou ausência) de uma dada concentração do ligante apropriado.Specific non-limiting examples of promoters useful in plants include an opaline synthase promoter isolated from Agrobacterium T-DNA, and a cauliflower mosaic virus 35S promoter, among others, as well as enhanced promoter elements or chimeric promoters, for example, an enhanced cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter linked to an enhancer element (an intron of the Zea mays heat shock protein 70). Many expression-specific promoters functional in plants and useful in aspects of the invention are known in the art. For example, U.S. Patents 5,837,848; 6,437,217 and 6,426,446 describe root-specific promoters; U.S. Patent 6,433,252 describes a corn L3 oleosin promoter; U.S. Patent Application Publication 2004/0216189 describes a promoter for a plant nuclear gene encoding a plastid-localized aldolase; U.S. Patent 6,084,089 describes cold-inducible promoters; U.S. Patent Number 6,140,078 describes salt-inducible promoters; U.S. Patent 6,294,714 describes light-inducible promoters; U.S. Patent 6,252,138 describes pathogen-inducible promoters; and U.S. Patent Application Publication 2004/0123347 A1 describes water-inducible promoters. The promoter element may include nucleic acid sequences that are non-naturally occurring promoters or promoter elements or homologues thereof, but which can regulate the expression of a gene. Examples of such "gene-independent" regulatory sequences include naturally occurring or artificially designed RNA sequences that include a ligand- or aptamer-binding region and a regulatory region (which may be cis-acting or trans-acting). example, Isaacs et al. (2004) Nat. Biotechnol., 22:841-847, Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechno!., 23:337-343, Mandai & Breaker (2004) Nature Bev. ., 5:451-463, Davidson & Ellington (2005) Trends Biotechnol., 23:109-112, Winkler et al. (2002) Nature, 419:952-956, Sudarsan et al. 644-647, and Mandai & Breaker (2004) Nature Struct. Mol. Biol., 11:29-35. Such "riboregulators" could be selected or designed for specific spatial or temporal specificity, for example, to regulate gene translation. exogenous only in the presence (or absence) of a given concentration of the appropriate ligand.
Elementos de supressão gênica: o elemento de supressão gênica pode ser DNA capaz de ser transcrito de qualquer extensão adequada, e incluirá geralmente pelo menos cerca de 19 a cerca de 27 nucleotídeos (por exemplo, 19, 20, 21, 22, 23 ou 24 nucleotídeos) para cada gene alvo que o constructo de DNA recombinante é planejado para suprimir. Em muitas modalidades o elemento de supressão gênica inclui mais do que 23 nucleotídeos (por exemplo, mais do que cerca de 30, cerca de 50, cerca de 100, cerca de 200, cerca 300, cerca de 500, cerca de 1000, cerca de 1500, cerca de 2000, cerca de 3000, cerca de 4000, ou cerca de 5000 nucleotídeos) para cada gene alvo que o DNA recombinante é planejado para suprimir. Genes alvo são descritos sob o título "Genes Alvo".Gene suppression elements: The gene suppression element may be DNA capable of being transcribed of any suitable length, and will generally include at least about 19 to about 27 nucleotides (e.g., 19, 20, 21, 22, 23, or 24 nucleotides) for each target gene that the recombinant DNA construct is designed to suppress. In many embodiments the gene suppression element includes more than 23 nucleotides (e.g., more than about 30, about 50, about 100, about 200, about 300, about 500, about 1000, about 1500, about 2000, about 3000, about 4000, or about 5000 nucleotides) for each target gene that the recombinant DNA is designed to suppress. Target genes are described under the heading "Target Genes".
Elementos de supressão gênica adequados úteis nos construc- tos de DNA recombinantes da invenção incluem pelo menos um elemento (e, em algumas modalidades, múltiplos elementos) selecionados a partir do grupo que consiste em: (a) DNA que inclui pelo menos segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento de pelo menos um primeiro gene alvo; (b) DNA que inclui múltiplas cópias de pelo menos um seg- 5 mento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento de pelo menos um primeiro gene alvo; (c) DNA que inclui pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos um segmento de pelo menos um primeiro gene alvo; (d) DNA que inclui múltiplas cópias de pelo menos um seg- 10 mento de DNA sentido que é pelo menos um segmento de pelo menos um primeiro gene alvo; (| (e) DNA que transcreve RNA para suprimir pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de RNA duplo filamento e inclui pelo menos um segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um 15 segmento do pelo menos um primeiro gene alvo; (f) DNA que transcreve RNA para suprimir pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de um RNA duplo filamento e inclui múlti- pios segmentos seriados de DNA anti-sentido que são anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo e múltiplos seg- 20 mentos seriados de DNA sentido que são pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo;. (g) DNA que transcreve RNA para suprimir pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de múltiplas duplos filamentos de RNA e inclui múltiplos segmentos de DNA anti-sentido que são anti-sentido a pelo 25 menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo e múltiplos segmentos de DNA sentido que são pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo, e em que os ditos múltiplos segmentos de DNA anti- sentido e os múltiplos segmentos de DNA sentido estão dispostos em uma série de repetições invertidas; (h) DNA que inclui nucleotídeos derivados de um miRNA, pre ferivelmente um miRNA de planta; (i) DNA que inclui nucleotídeos de um siRNA; (j) DNA que transcreve um aptâmero de RNA capaz de se ligar a um ligante; e (k) DNA que transcreve um aptâmero de RNA capaz de se ligar a um ligante, e DNA que transcreve RNA regulatório capaz de regular a expressão de pelo menos um primeiro gene alvo, em que a regulação é de- pendente da conformação do RNA regulatório, e a conformação do RNA regulatório é alostericamente afetada pelo estado de ligação do aptâmero de RNA.Suitable gene suppression elements useful in the recombinant DNA constructs of the invention include at least one element (and, in some embodiments, multiple elements) selected from the group consisting of: (a) DNA that includes at least DNA segment antisense that is antisense to at least one segment of at least one first target gene; (b) DNA that includes multiple copies of at least one segment of antisense DNA that is antisense to at least one segment of at least one first target gene; (c) DNA that includes at least one segment of sense DNA that is at least one segment of at least one first target gene; (d) DNA that includes multiple copies of at least one sense DNA segment that is at least one segment of at least one first target gene; (| (e) DNA that transcribes RNA to suppress at least one first target gene by forming double-stranded RNA and includes at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one segment of the at least one first target gene; (f) DNA that transcribes RNA to suppress at least one first target gene by forming a double-stranded RNA and includes multiple serial segments of antisense DNA that are antisense to at least one segment of the at least one. a first target gene and multiple serial segments of sense DNA that are at least one segment of the at least one first target gene; (g) DNA that transcribes RNA to suppress at least one first target gene by forming multiple double strands. of RNA and includes multiple segments of antisense DNA that are antisense to at least one segment of the at least one first target gene and multiple segments of sense DNA that are at least one segment of the at least one first target gene, and wherein said multiple antisense DNA segments and multiple sense DNA segments are arranged in a series of inverted repeats; (h) DNA that includes nucleotides derived from a miRNA, preferably a plant miRNA; (i) DNA that includes nucleotides from an siRNA; (j) DNA that transcribes an RNA aptamer capable of binding a ligand; and (k) DNA that transcribes an RNA aptamer capable of binding a ligand, and DNA that transcribes regulatory RNA capable of regulating the expression of at least one first target gene, wherein the regulation is dependent on the conformation of the RNA regulatory, and the conformation of regulatory RNA is allosterically affected by the binding state of the RNA aptamer.
Representações não limitantes desses elementos de supressão gênica são ilustradas na Figura 2. Qualquer um desses elementos de su- pressão gênica, transcrevendo para um único RNA duplo filamento ou para múltiplos RNAs duplo filamento, podem ser desenhados para suprimir mais de um gene alvo, incluindo, por exemplo, mais de um alelo de um gene alvo, múltiplos genes alvo (ou múltiplos segmentos de pelo menos um gene alvo) de uma única espécie, ou genes alvo de espécies diferentes. Aptâmeros, 15 RNA regulatório, e ligantes são descritos sob seus respectivos títulos abaixo.Non-limiting representations of these gene suppression elements are illustrated in Figure 2. Any of these gene suppression elements, transcribing to a single double-stranded RNA or to multiple double-stranded RNAs, can be designed to suppress more than one target gene, including , for example, more than one allele of a target gene, multiple target genes (or multiple segments of at least one target gene) from a single species, or target genes from different species. Aptamers, regulatory RNA, and ligands are described under their respective headings below.
Segmentos de DNA anti-sentido: em uma modalidade, o pelo menos um segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo inclui seqüência de DNA que é anti-sentido ou complementar a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo, e pode incluir múltiplos segmentos de DNA anti-sentido, isto é, múltiplas cópias de pelo menos um segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo. Múltiplos segmentos de DNA anti-sentido podem incluir seqüência de DNA que é anti-sentido ou complementar a múltiplos segmentos do pelo menos um primeiro gene alvo, ou a múltiplas cópias de um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo, ou a segmentos de múltiplos primeiros genes alvo, ou a qualquer combinação desses. Múltiplos segmentos de DNA anti-sentido podem ser fundidos em uma quimera, por ' exemplo, que inclui seqüências de DNA que são anti-sentido a múltiplos segmentos de um ou mais primeiros genes alvo e fundidas juntas.Antisense DNA Segments: In one embodiment, the at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one segment of the at least one first target gene includes DNA sequence that is antisense or complementary to at least one segment of the at least one first target gene, and may include multiple antisense DNA segments, that is, multiple copies of at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one segment of the at least one target gene. least one first target gene. Multiple segments of antisense DNA may include DNA sequence that is antisense or complementary to multiple segments of the at least one first target gene, or to multiple copies of a segment of the at least one first target gene, or to segments of multiple first target genes, or any combination thereof. Multiple antisense DNA segments can be fused into a chimera, for example, which includes DNA sequences that are antisense to multiple segments of one or more first target genes and fused together.
A seqüência de DNA anti-sentido que é anti-sentido ou comple- - mentar a (isto é, pode formar pares de base de Watson Crick com) pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo tem preferivelmente pelo menos cerca de 80%, ou pelo menos cerca de 85%, ou pelo menos cerca de 90%, ou pelo menos cerca de 95% de complementaridade a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo. Em uma modalidade preferida, a seqüência de DNA que é anti-sentido ou complementar a 5 pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo tem entre cerca de 95% a cerca de 100% de complementaridade a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo. Onde o pelo menos um segmento de DNA anti-sentido inclui múltiplos segmentos de DNA anti- sentido, o grau de complementaridade pode ser, mas não precisa ser, idênti- 10 co para todos os múltiplos segmentos de DNA anti-sentido. Segmentos de DNA sentido: em outra modalidade, o pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo inclui seqüência de DNA que corresponde a (isto é, tem uma seqüência que é idêntica ou substancialmente idêntica a) pelo 15 menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo, e pode incluir múltiplos segmentos de DNA sentido, isto é, múltiplas cópias de pelo menos um segmento de DNA sentido que corresponde a (isto é, tem a seqüência de nucleotídeo de) pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo. Múltiplos segmentos de DNA sentido podem incluir seqüência de DNA 20 que é ou que corresponde a múltiplos segmentos do pelo menos um primeiro gene alvo, ou a múltiplas cópias de um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo, ou a segmentos de múltiplos genes alvo, ou a qualquer combinação desses. Múltiplos segmentos de DNA sentido podem ser fundidos em uma quimera, isto é, podem incluir seqüências de DNA que corres- 25 pondem a múltiplos segmentos de um ou mais primeiros genes alvo e fundidas juntas.The antisense DNA sequence that is antisense or complementary to (i.e., can form Watson Crick base pairs with) at least one segment of the at least one first target gene is preferably at least about 80 %, or at least about 85%, or at least about 90%, or at least about 95% complementarity to at least one segment of the at least one first target gene. In a preferred embodiment, the DNA sequence that is antisense or complementary to at least one segment of the at least one first target gene has between about 95% to about 100% complementarity to at least one segment of the at least one first target gene. a first target gene. Where the at least one antisense DNA segment includes multiple antisense DNA segments, the degree of complementarity may be, but need not be, identical for all multiple antisense DNA segments. Sense DNA segments: In another embodiment, the at least one sense DNA segment that is at least a segment of the at least one first target gene includes DNA sequence that corresponds to (i.e., has a sequence that is identical or substantially identical a) at least one segment of the at least one first target gene, and may include multiple segments of sense DNA, that is, multiple copies of at least one segment of sense DNA that corresponds to (that is, has the nucleotide sequence of ) at least one segment of the at least one first target gene. Multiple segments of sense DNA may include DNA sequence 20 that is or corresponds to multiple segments of the at least one first target gene, or to multiple copies of a segment of the at least one first target gene, or to segments of multiple target genes, or any combination of these. Multiple segments of sense DNA can be fused into a chimera, that is, they can include DNA sequences that correspond to multiple segments of one or more first target genes and fused together.
A seqüência de DNA sentido que corresponde a pelo menos um segmento do gene alvo tem preferivelmente pelo menos cerca de 80%, ou pelo menos cerca de 85%, ou pelo menos cerca de 90%, ou pelo menos 30 cerca de 95% de identidade de seqüência a pelo menos um segmento do gene alvo. Em uma modalidade preferida, a seqüência de DNA que corresponde a pelo menos um segmento do gene alvo tem entre cerca de 95% a cerca de 100% de identidade de seqüência a pelo menos um segmento do gene alvo. Onde o pelo menos um segmento de DNA sentido inclui múltiplos segmentos de DNA sentido, o grau de identidade de seqüência pode, mas não precisa, ser idêntico para todos os múltiplos segmentos de DNA sentido.The sense DNA sequence corresponding to at least one segment of the target gene preferably has at least about 80%, or at least about 85%, or at least about 90%, or at least about 95% identity. sequence to at least one segment of the target gene. In a preferred embodiment, the DNA sequence corresponding to at least one segment of the target gene has between about 95% to about 100% sequence identity to at least one segment of the target gene. Where the at least one sense DNA segment includes multiple sense DNA segments, the degree of sequence identity may, but need not, be identical for all multiple sense DNA segments.
Múltiplas cópias: onde o elemento de supressão gênica inclui 5 múltiplas cópias de seqüência de DNA anti-sentido ou múltiplas de seqüência de DNA sentido, essas múltiplas cópias podem ser dispostas seriada- mente em repetições em tandem. Em algumas modalidades, essas múltiplas cópias podem ser dispostas seriadamente extremidade-para- extremidade, isto é, em repetições em tandem conectadas diretamente. Em algumas mo- dalidades, essas múltiplas cópias podem ser dispostas em repetições em tandem interrompidas, onde um ou mais segmentos de DNA espaçador podem estar localizados adjacentes a uma ou mais das múltiplas cópias. Repetições em tandem, conectadas diretamente ou interrompidas ou qualquer combinação de ambas, podem incluir múltiplas cópias de uma única se- qüência de DNA anti-sentido ou múltiplas cópias de uma única seqüência de DNA sentido em uma disposição seriada ou pode incluir múltiplas cópias de mais de uma seqüência de DNA anti-sentido ou de mais de uma seqüência de DNA sentido em uma disposição seriada. RNA duplo filamento: nessas modalidades em que o elemento de supressão gênica inclui pelo menos um segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um gene alvo ou pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos um segmento do pelo menos um gene alvo, RNA transcrito a partir de qualquer um dos pelo menos um DNA anti-sentido ou pelo menos um DNA sentido pode se tornar duplo filamento pela ação de uma RNA polimerase dependente de RNA. Vide, por exemplo, Patente U.S. número 5.283.184.Multiple copies: where the gene suppression element includes 5 multiple copies of antisense DNA sequence or multiple copies of sense DNA sequence, these multiple copies can be arranged serially in tandem repeats. In some embodiments, these multiple copies can be arranged serially end-to-end, that is, in directly connected tandem repeats. In some embodiments, these multiple copies may be arranged in interrupted tandem repeats, where one or more segments of spacer DNA may be located adjacent to one or more of the multiple copies. Tandem repeats, directly linked or interrupted, or any combination of both, may include multiple copies of a single antisense DNA sequence or multiple copies of a single sense DNA sequence in a serial arrangement or may include multiple copies of more of an antisense DNA sequence or more than one sense DNA sequence in a serial arrangement. Double-stranded RNA: in those embodiments wherein the gene suppression element includes at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one segment of the at least one target gene or at least one sense DNA segment that is at least At least one segment of the at least one target gene, RNA transcribed from any of at least one antisense DNA or at least one sense DNA may become double stranded by the action of an RNA-dependent RNA polymerase. See, for example, U.S. Patent number 5,283,184.
Em outras modalidades ainda, o elemento de supressão gênica pode inclui DNA que transcreve RNA para suprimir o pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de RNA duplo filamento e inclui pelo menos um 30 segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um gene alvo (como descrito acima sob o título "Segmentos de DNA Anti-sentido") e pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo (como des- crito acima sob o título "Segmentos de DNA Sentido1'). Tal elemento de supressão gênica pode incluir adicionalmente segmentos de DNA espaçador. Cada pelo menos um segmento de DNA anti-sentido é complementar a pelo menos uma parte de um segmento de DNA sentido a fim de permitir a for- 5 mação de RNA duplo filamento por hibridização intramolecular do pelo menos um segmento de DNA anti-sentido e o pelo menos um segmento de DNA sentido. Tal complementaridade entre um segmento de DNA sentido e um segmento de DNA anti-sentido pode, mas não precisa ser, 100% de complementaridade; em algumas modalidades, essa complementaridade 10 pode ser preferivelmente de pelo menos cerca de 80%, ou pelo menos cerca de 85%, ou pelo menos cerca de 90%, ou pelo menos cerca de 95% de complementaridade. O RNA duplo filamento pode estar na forma de um único "stem" de dsRNA (região de pareamento de base entre fitas sentido e anti-sentido), 15 ou pode ter múltiplos "stems" de dsRNA. Em uma modalidade, o elemento de supressão gênica pode incluir DNA que transcreve RNA para suprimir o pelo menos um primeiro gene alvo por formar essencialmente um único RNA duplo filamento e inclui múltiplos segmentos de DNA anti-sentido seriados que são anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro 20 gene alvo e múltiplos segmentos de DNA sentido seriados que são pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo; os múltiplos segmentos anti-sentido seriados e múltiplos segmentos sentido seriados podem formar um único "stem" ou múltiplos "stems" de RNA duplo filamento em uma disposição seriada (com ou sem DNA espaçador sem pareamento de 25 base separando os múltiplos "stems"). Em outra modalidade, o elemento de supressão gênica inclui DNA que transcreve RNA para suprimir o pelo menos um primeiro gene alvo por formar múltiplos "stems" de dsRNA de RNA e inclui múltiplos segmentos de DNA anti-sentido que são anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo e múltiplos seg- 30 mentos de DNA sentido que são pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo, e em que os ditos múltiplos segmentos de DNA anti- sentido e os múltiplos segmentos de DNA sentido são dispostos em uma série de "stems" de dsRNA (tal como, mas não limitado a "repetições inverti- das"). Tais múltiplos "stems" de dsRNA podem ainda ser dispostos em séries ou grupos para formar repetições invertidas em tandem, ou estruturas que lembram formatos de "cabeça de martelo" ou "folha de trevo". Qualquer um desses elementos de supressão gênica pode ainda incluir segmentos de DNA espaçadores encontrados dentro de um "stem" de dsRNA (por exemplo, como um espaçador entre múltiplos segmentos de DNA anti-sentido e sentido ou como um espaçador entre um segmento de DNA anti-sentido e um segmento de DNA sentido com pareamento de base) ou fora de um "stem" de RNA duplo filamento (por exemplo, como uma região de alça separando um par de repetições invertidas). Em casos onde segmentos de DNA anti-sentido e sentido com pareamento de base são de comprimento desigual, o segmento mais comprido pode agir como um espaçador. A Figura 2 representa ilustrações de modalidades possíveis desses constructos de supressão gênica. miRNAs: em uma modalidade adicional, o elemento de supressão gênica pode incluir DNA que inclui nucleotídeos derivados de um miRNA (microRNA), isto é, uma seqüência de DNA que corresponde a um miRNA nativo a um vírus ou um eucarioto de interesse (incluindo plantas e animais, especialmente invertebrados), ou uma seqüência de DNA derivada de tal miRNA nativo mas modificada para incluir seqüências de nucleotídeo que não correspondem ao miRNA nativo. Embora miRNAs não tenham sido relatados até o momento em fungos, miRNAs de fungos, que devem existir, também são adequados para uso na invenção. Uma modalidade preferida inclui um elemento de supressão gênica que contém DNA que inclui nucleotídeos derivados de um miRNA virai ou de planta. Em um exemplo não limitante, os nucleotídeos derivados de um miRNA podem incluir DNA que inclui nucleotídeos que correspondem a região de alça de um miRNA nativo e nucleotídeos derivados de um miRNA podem incluir DNA derivado de uma seqüência precursora de miRNA, tal como seqüência de primRNA ou pré-miRNA nativa, ou nucleotídeos que correspondem às regiões de um miRNA nativo e nucleotídeos que são selecionados a partir de um número de seqüência de gene alvo tal que a estrutura geral (por exemplo, a colocação de não pareamentos na estrutura base do pré-miRNA) seja preservada para permitir que o pré-miRNA seja processado em um miRNA maduro. Em outra modalidade ainda, o elemento de supressão gênica pode, incluir DNA que inclui nucleotídeos derivados de um miRNA e é capaz de induzir ou guiar clivagem in-phase de um transcrito endógeno 5 em siRNAs transatuantes, como descrito por Allen et al. (2005) Cell, 121:207-221. Dessa forma, o DNA que inclui nucleotídeos derivados de um miRNA pode incluir seqüência de ocorrência natural em um miRNA ou uma molécula precursora de miRNA, seqüência sintética, ou ambas. siRNAs: ainda em outra modalidade, o elemento de supressão 10 gênica pode incluir DNA que inclui nucleotídeos de um pequeno RNA de interferência (siRNA). O siRNA pode ser um ou mais siRNAs nativos (tais como siRNAs isolados de um eucarioto não transgênico ou de um eucarioto transgênico), ou pode ser uma ou mais seqüências de DNA previstas para ter atividade de siRNA (tal como pelo uso de ferramentas preditivas conheci- 15 das na técnica, vide, por exemplo, Reynolds et al. (2004) Nature Biotechnol., 22:326-330). Múltiplas seqüências de siRNA nativas ou previstas podem ser unidas em uma seqüência de siRNA quimérica para supressão gênica. Tal DNA que inclui nucleotídeos de um siRNA preferivelmente inclui pelo menos 19 nucleotídeos, e em algumas modalidades preferivelmente inclui pelo me- 20 nos 21, pelo menos 22, pelo menos 23, ou pelo menos 24 nucleotídeos. Em outras modalidades, o DNA que inclui nucleotídeos de um siRNA pode con-ter substancialmente mais de 21 nucleotídeos, por exemplo, mais de cerca de 50, cerca de 100, cerca de 300, cerca de 500, cerca de 1000, cerca de 3000, ou cerca de 5000 nucleotídeos ou mais.In still other embodiments, the gene suppression element may include DNA that transcribes RNA to suppress the at least one first target gene by forming double-stranded RNA and includes at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one first target gene. at least one segment of the at least one target gene (as described above under the heading "Antisense DNA Segments") and at least one segment of sense DNA that is at least one segment of the at least one first target gene (as described above). described above under the heading "Sense1 DNA Segments'). Such a gene suppression element may additionally include spacer DNA segments. Each at least one antisense DNA segment is complementary to at least a portion of a sense DNA segment to in order to allow the formation of double-stranded RNA by intramolecular hybridization of the at least one antisense DNA segment and the at least one sense DNA segment. Such complementarity between a sense DNA segment and an antisense DNA segment. meaning can, but does not need to be, 100% complementarity; In some embodiments, such complementarity 10 may preferably be at least about 80%, or at least about 85%, or at least about 90%, or at least about 95% complementarity. Double-stranded RNA can be in the form of a single dsRNA stem (base pairing region between sense and antisense strands), 15 or it can have multiple dsRNA stems. In one embodiment, the gene suppression element may include DNA that transcribes RNA to suppress the at least one first target gene by essentially forming a single double-stranded RNA and includes multiple serial antisense DNA segments that are antisense to at least a segment of the at least one first target gene and multiple serial sense DNA segments that are at least one segment of the at least one first target gene; the multiple serial antisense segments and multiple serial sense segments can form a single stem or multiple double-stranded RNA stems in a serial arrangement (with or without a 25-base unpaired DNA spacer separating the multiple stems) . In another embodiment, the gene suppression element includes DNA that transcribes RNA to suppress the at least one first target gene by forming multiple dsRNA RNA stems and includes multiple antisense DNA segments that are antisense to at least a segment of the at least one first target gene and multiple segments of sense DNA which are at least one segment of the at least one first target gene, and wherein said multiple segments of antisense DNA and the multiple segments of DNA sense are arranged in a series of dsRNA "stems" (such as, but not limited to, "inverted repeats"). Such multiple dsRNA "stems" can further be arranged in arrays or groups to form inverted tandem repeats, or structures resembling "hammerhead" or "cloverleaf" shapes. Any of these gene suppression elements may further include spacer DNA segments found within a dsRNA stem (e.g., as a spacer between multiple antisense and sense DNA segments or as a spacer between an antisense DNA segment). -sense and a base-paired segment of sense DNA) or outside a double-stranded RNA stem (e.g., as a loop region separating a pair of inverted repeats). In cases where base-paired antisense and sense DNA segments are of unequal length, the longer segment can act as a spacer. Figure 2 represents illustrations of possible embodiments of these gene suppression constructs. miRNAs: In a further embodiment, the gene suppression element may include DNA that includes nucleotides derived from a miRNA (microRNA), that is, a DNA sequence that corresponds to a native miRNA to a virus or eukaryote of interest (including plants and animals, especially invertebrates), or a DNA sequence derived from such native miRNA but modified to include nucleotide sequences that do not correspond to the native miRNA. Although miRNAs have not been reported to date in fungi, fungal miRNAs, which should exist, are also suitable for use in the invention. A preferred embodiment includes a gene suppression element containing DNA that includes nucleotides derived from a viral or plant miRNA. In a non-limiting example, nucleotides derived from a miRNA may include DNA that includes nucleotides that correspond to the loop region of a native miRNA, and nucleotides derived from a miRNA may include DNA derived from a miRNA precursor sequence, such as primRNA sequence. or native pre-miRNA, or nucleotides that correspond to regions of a native miRNA and nucleotides that are selected from a target gene sequence number such that the overall structure (e.g., the placement of mismatches in the base structure of the pre -miRNA) is preserved to allow the pre-miRNA to be processed into a mature miRNA. In yet another embodiment, the gene suppression element may include DNA that includes nucleotides derived from a miRNA and is capable of inducing or guiding in-phase cleavage of an endogenous transcript into transacting siRNAs, as described by Allen et al. (2005) Cell, 121:207-221. Thus, DNA that includes nucleotides derived from a miRNA may include naturally occurring sequence in a miRNA or a miRNA precursor molecule, synthetic sequence, or both. siRNAs: in yet another embodiment, the gene suppression element may include DNA that includes nucleotides of a small interfering RNA (siRNA). The siRNA may be one or more native siRNAs (such as siRNAs isolated from a non-transgenic eukaryote or a transgenic eukaryote), or it may be one or more DNA sequences predicted to have siRNA activity (such as by use of known predictive tools). - 15 of the art, see, for example, Reynolds et al. (2004) Nature Biotechnol., 22:326-330). Multiple native or predicted siRNA sequences can be joined into a chimeric siRNA sequence for gene suppression. Such DNA that includes nucleotides from an siRNA preferably includes at least 19 nucleotides, and in some embodiments preferably includes at least 20, at least 22, at least 23, or at least 24 nucleotides. In other embodiments, the DNA that includes nucleotides from an siRNA may contain substantially more than 21 nucleotides, e.g., more than about 50, about 100, about 300, about 500, about 1000, about 3000 , or about 5000 nucleotides or more.
Genes alvo: o elemento de supressão gênica pode ser projetado para suprimir qualquer primeiro gene alvo. Em algumas modalidades, o constructo ainda inclui um segundo elemento de supressão gênica para suprimir pelo menos um segundo gene alvo, em que o segundo elemento de supressão gênica está localizado adjacente ao íntron. Seja um primeiro ou 30 um segundo gene alvo, o gene alvo pode incluir um único gene ou parte de um único gene que é direcionado para supressão ou pode incluir, por exemplo, múltiplos segmentos consecutivos de um gene alvo, múltiplos segmentos não consecutivos de um gene alvo, múltiplos alelos de um gene alvo, ou múltiplos genes alvo de uma ou mais espécies. O gene alvo pode ser seqüência traduzível (codificante), ou pode ser seqüência não codificante (tal como seqüência regulatória não codificante), ou ambas, e pode incluir pelo menos um gene selecionado a partir do 5 grupo que consiste em um gene alvo eucariótico, um gene alvo não eucarió- tico, uma seqüência de DNA precursora de microRNA, e um promotor de microRNA. O gene alvo pode ser nativo (endógeno) à célula, (por exemplo, uma célula de uma planta ou animal) na qual o constructo de DNA recombi-nante da invenção é transcrito. O gene alvo pode ser um gene exógeno, tal 10 como um transgene em uma planta. Um gene alvo pode ser um gene nativo direcionado para supressão, com ou sem expressão concomitante de um transgene exógeno, por exemplo, pela inclusão de um elemento de expressão gênica no mesmo constructo de DNA recombinante ou em constructo de DNA recombinante separado. Por exemplo, pode ser desejável substituir um 15 gene nativo por um transgene exógeno homólogo. O gene alvo pode incluir um único gene ou parte de um único gene que é direcionado para supressão, ou pode incluir, por exemplo, múltiplos segmentos consecutivos de um gene alvo, múltiplos segmentos não- consecutivos de um gene alvo, múltiplos alelos de um gene alvo, ou múlti- 20 pios genes alvo de uma ou mais espécies. Uma seqüência de gene alvo pode incluir qualquer seqüência de qualquer espécie (incluindo, mas não limitada, a não-eucariotos tais como bactérias, e vírus; fungos, plantas; incluindo monocotiledôneas e dicotiledôneas, tais como plantas de cultivo, plantas ornamentais, e plantas não-domesticadas ou selvagens; invertebrados tais 25 como artrópodes, anelídeos, nematódeos, e moluscos; e vertebrados tais como anfíbios, peixes, aves, mamíferos domésticos ou selvagens, ou até mesmo humanos. Um aspecto da invenção fornece constructos de DNA recombinante em que o gene alvo é exógeno à planta na qual o constructo deve ser 30 transcrito, mas endógeno a uma praga ou patógeno (por exemplo, vírus, bactérias, fungos, oomicetos, e invertebrados tais como insetos, nematódeos e moluscos) da planta. O gene alvo pode incluir múltiplos gene alvo, ou múltiplos segmentos de um ou mais genes. Em uma modalidade preferida, o gene ou genes alvo são um gene ou genes de uma praga ou patógeno invertebrado da planta. Esses constructos de DNA recombinantes são particularmente úteis em fornecer plantas transgênicas que têm resistência a uma ou mais pragas ou patógenos de planta, por exemplo, resistência a um nemató- 5 deo tal como um nematódeo de cisto de soja ou nematódeo de nó de raiz ou a um inseto nocivo. O gene alvo pode ser seqüência traduzível (codificante), ou pode ser seqüência não-codificante (tal como uma seqüência regulatória não- codificante), ou ambas. Exemplos não limitantes de um gene alvo incluem 10 seqüência não-traduzível (não-codificante), tal como, mas não limitada a, regiões 5’ não traduzidas, promotores, intensificadores, ou outras regiões transcricionais não-codificantes, regiões 3’ não traduzidas, terminadores e introns. Genes alvo incluem genes que codificam microRNAs, pequenos RNAs de interferência, componentes de RNA de ribossomos ou ribozimas, 15 pequenos RNAs nucleolares, e outros RNAs não-codificantes (vide, por exemplo, seqüências de RNA não-codificantes fornecidas publicamente em rfam.wustl.edu; Erdmann et al. (2001) Nucleic Acids Res., 29:189-193; Got- tesman (2005) Trends Genet, 21:399-404; Griffiths-Jones et al. (2005) Nucleic Acids Res., 33:121-124). Um exemplo específico de um gene alvo inclui um sítio de reconhecimento de microRNA (isto é, o sítio um um filamento de RNA a qual miRNA maduro se liga e induz clivagem).. Outro exemplo específico de um gene alvo inclui uma seqüência precursora de microRNA nativa a uma praga ou patógeno da planta transgênica, isto é, o transcrito primário que codifica um microRNA, ou os intermediários de RNA processados a par- tir desse transcrito primário (por exemplo, um primRNA ou um pré-miRNA limitado ao núcleo que pode ser exportado a partir do núcleo para o citoplasma). Vide, por exemplo, Lee et al. (2002) EMBO Journal, 21:4663-4670; Reinhart etal. (2002) Genes & Dev., 16:161611626; Lund et al. (2004) Science, 303:95-98; e Millar & Waterhouse (2005) Fund. Integr Genomics, 5:129-135. Genes alvo também podem incluir seqüência traduzível (codifi cante) para genes que codificam fatores de transcrição e genes que codificam enzimas envolvidas na biossíntese ou catabolismo de moléculas de interesse (tais como, mas não limitadas a, aminoácidos, ácidos graxos, e ou- tros lipídeos, açúcares, e outros carboidratos, polímeros biológicos, e meta- bólitos secundários incluindo alcalóides, terpenóides, policetídeos, peptídeos não-ribossomais, e metabolites secundários de origem biossintética mista).Target genes: The gene suppression element can be designed to suppress any first target gene. In some embodiments, the construct further includes a second gene suppression element to suppress at least one second target gene, wherein the second gene suppression element is located adjacent to the intron. Whether a first or a second target gene, the target gene may include a single gene or part of a single gene that is targeted for suppression or may include, for example, multiple consecutive segments of a target gene, multiple non-consecutive segments of a target gene, multiple alleles of a target gene, or multiple target genes from one or more species. The target gene may be translatable (coding) sequence, or may be non-coding sequence (such as non-coding regulatory sequence), or both, and may include at least one gene selected from the group consisting of a eukaryotic target gene, a non-eukaryotic target gene, a microRNA precursor DNA sequence, and a microRNA promoter. The target gene may be native (endogenous) to the cell, (for example, a plant or animal cell) in which the recombinant DNA construct of the invention is transcribed. The target gene may be an exogenous gene, such as a transgene in a plant. A target gene may be a native gene targeted for suppression, with or without concomitant expression of an exogenous transgene, for example, by inclusion of a gene expression element in the same recombinant DNA construct or in a separate recombinant DNA construct. For example, it may be desirable to replace a native gene with a homologous exogenous transgene. The target gene may include a single gene or part of a single gene that is targeted for suppression, or may include, for example, multiple consecutive segments of a target gene, multiple non-consecutive segments of a target gene, multiple alleles of a gene target, or multiple target genes from one or more species. A target gene sequence may include any sequence from any species (including, but not limited to, non-eukaryotes such as bacteria, and viruses; fungi, plants; including monocots and dicots, such as crop plants, ornamental plants, and non-domesticated or wild; invertebrates such as arthropods, annelids, nematodes, and molluscs; and vertebrates such as amphibians, fish, birds, domestic or wild mammals, or even humans. The target gene is exogenous to the plant in which the construct is to be transcribed, but endogenous to a pest or pathogen (e.g., viruses, bacteria, fungi, oomycetes, and invertebrates such as insects, nematodes, and molluscs) of the plant. target may include multiple target genes, or multiple segments of one or more genes. In a preferred embodiment, the target gene or genes are a gene or genes from a pest or invertebrate plant pathogen. Such recombinant DNA constructs are particularly useful in providing transgenic plants that have resistance to one or more plant pests or pathogens, for example, resistance to a nematode such as a soybean cyst nematode or root knot nematode or to a harmful insect. The target gene may be a translatable (coding) sequence, or it may be a non-coding sequence (such as a non-coding regulatory sequence), or both. Non-limiting examples of a target gene include non-translatable (non-coding) sequences, such as, but not limited to, 5' untranslated regions, promoters, enhancers, or other non-coding transcriptional regions, 3' untranslated regions , terminators and introns. Target genes include genes encoding microRNAs, small interfering RNAs, RNA components of ribosomes or ribozymes, 15 small nucleolar RNAs, and other non-coding RNAs (see, for example, publicly provided non-coding RNA sequences at rfam.wustl .edu; Erdmann et al. (2001) Nucleic Acids Res., 29:189-193; Gottesman (2005) Trends Genet, 21:399-404; 33:121-124). A specific example of a target gene includes a microRNA recognition site (i.e., the site on an RNA strand to which mature miRNA binds and induces cleavage). Another specific example of a target gene includes a microRNA precursor sequence. native to a transgenic plant pest or pathogen, that is, the primary transcript encoding a microRNA, or the RNA intermediates processed from that primary transcript (e.g., a primRNA or nuclear-limited pre-miRNA that can be exported from the nucleus to the cytoplasm). See, for example, Lee et al. (2002) EMBO Journal, 21:4663-4670; Reinhart et al. (2002) Genes & Dev., 16:161611626; Lund et al. (2004) Science, 303:95-98; and Millar & Waterhouse (2005) Fund. Integra Genomics, 5:129-135. Target genes may also include translatable (coding) sequence for genes encoding transcription factors and genes encoding enzymes involved in the biosynthesis or catabolism of molecules of interest (such as, but not limited to, amino acids, fatty acids, and others). lipids, sugars, and other carbohydrates, biological polymers, and secondary metabolites including alkaloids, terpenoids, polyketides, non-ribosomal peptides, and secondary metabolites of mixed biosynthetic origin).
Em muitas modalidades preferidas, o gene alvo é um gene es- sencial da praga ou patógeno de planta. Genes essenciais incluem genes que são necessários para o desenvolvimento da praga ou patógeno para um adulto reprodutivo fértil. Genes essenciais incluem genes que, quando silenciados o suprimidos, resultam na morte do organismo (como um adulto ou em qualquer estágio do desenvolvimento, incluindo gametas) ou na incapa- 10 cidade do organismo de reproduzir com sucesso (por exemplo, esterilidade em um parente masculino ou feminino ou letalidade ao zigoto, embrião ou larva). Uma descrição de genes essenciais de nematódeo é encontrada, por exemplo, em Kemphues K. "Essential Genes" (24 de dezembro de 2005), WormBook, ed. The C. elegans Research Community, WormBook, doi/10.1895/ 15 wormbook.1.57.1, disponível na rede em www.wormbook.org. Exemplos não límitantes de genes essenciais de nematódeos incluem proteína de esperma major, RNA polimerase II, e quitina sintase (vide, por exemplo, Publicação de Pedido de Patente U.S. US20040098761 A1); genes essenciais de nematódeo de cisto de soja adicionais são fornecidos no Pedido de Patente U.S. 11/360,355, depositado em 23 de fevereiro de 2006. Uma descrição de ge nes de inseto está disponível publiçamente na base de dados de genoma de Drosophila (disponível na rede em flybase.bio.indiana.edu/). A maioria dos genes de Drosophila previstos foi analisada quanto à função por um rastre- amento de RNA de interferência baseado em cultura celular, resultando em 438 genes essenciais sendo identificados; vide, Boutros et al. (2004) Scien ce, 303:832-835, e material de suporte disponível na rede em www.science- mag.org/cgi/content/full/303/5659/832/DC1. Uma descrição de genes essenciais bacterianos ou fúngicos é fornecida na Base de Dados de Genes Essenciais ("DEG", disponível na rede em tubic.tju.edu.cn/deg/); vide Zhang et al. (2004) Nucleic Acids Res., 32:D271-D272.In many preferred embodiments, the target gene is an essential gene of the pest or plant pathogen. Essential genes include genes that are necessary for the development of the pest or pathogen into a fertile reproductive adult. Essential genes include genes that, when silenced or suppressed, result in the death of the organism (as an adult or at any stage of development, including gametes) or in the inability of the organism to reproduce successfully (e.g., sterility in a relative male or female or lethality to the zygote, embryo or larva). A description of essential nematode genes is found, for example, in Kemphues K. "Essential Genes" (24 December 2005), WormBook, ed. The C. elegans Research Community, WormBook, doi/10.1895/15 wormbook.1.57.1, available online at www.wormbook.org. Non-limiting examples of essential nematode genes include major sperm protein, RNA polymerase II, and chitin synthase (see, for example, U.S. Patent Application Publication US20040098761 A1); Additional essential soybean cyst nematode genes are provided in U.S. Patent Application 11/360,355, filed February 23, 2006. A description of insect genes is publicly available in the Drosophila genome database (available online). at flybase.bio.indiana.edu/). The majority of predicted Drosophila genes were analyzed for function by a cell culture-based RNA interference screen, resulting in 438 essential genes being identified; see, Boutros et al. (2004) Science, 303:832-835, and supporting material available online at www.science-mag.org/cgi/content/full/303/5659/832/DC1. A description of essential bacterial or fungal genes is provided in the Database of Essential Genes ("DEG", available online at tubic.tju.edu.cn/deg/); see Zhang et al. (2004) Nucleic Acids Res., 32:D271-D272.
Invertebrados nocivos de planta incluem, mas não são limitadas a, nematódeos nocivos, moluscos nocivos (lesmas e caracóis), e insetos nocivos. Patógenos de planta de interesse incluem fungos, oomicetos, bacté- rias (por exemplo, a bactéria que causa manchas foliares, "fireblight", galha da coroa, e murcha bacteriana), molicutes, e vírus (por exemplo, os vírus que causam mosaicos, bandeamento de nervuras, nódoas, manchas, ou crescimento anormal). Vide também G. N. Agrios, "Plant Pathology" (Quarta Edição), Academic Press, San Diego, 1997, 635 pp., para descrições de fungos, bactérias, molicutes (incluindo micoplasmas e espiroplasmas), vírus, nematódeos, plantas parasitas superiores, e protozoários flagelados, todos os quais são pragas ou patógenos de planta de interesse. Vide também, a compilação continuamente atualizada de pragas e patógenos de planta e as doenças causadas por eles em "Common Names of Plant Diseases", da American Phytopathological Society compilados pelo Committee on Standardization of Common Names for Plant Diseases da American Phytopatho- logical Society, 1978-2005, disponível na rede em www.apsnet.orq/online/ common/top.asp.Harmful plant invertebrates include, but are not limited to, harmful nematodes, harmful molluscs (slugs and snails), and harmful insects. Plant pathogens of interest include fungi, oomycetes, bacteria (e.g., the bacteria that cause leaf spots, fireblight, crown gall, and bacterial wilt), mollicutes, and viruses (e.g., the viruses that cause mosaics). , vein banding, stains, stains, or abnormal growth). See also G. N. Agrios, "Plant Pathology" (Fourth Edition), Academic Press, San Diego, 1997, 635 pp., for descriptions of fungi, bacteria, mollicutes (including mycoplasmas and spiroplasmas), viruses, nematodes, higher parasitic plants, and flagellated protozoa, all of which are plant pests or pathogens of concern. See also the continually updated compilation of plant pests and pathogens and the diseases caused by them in "Common Names of Plant Diseases" of the American Phytopathological Society compiled by the Committee on Standardization of Common Names for Plant Diseases of the American Phytopathological Society. 1978-2005, available online at www.apsnet.orq/online/common/top.asp.
Exemplos não limitantes de patógenos de planta fúngicos de interesse particular incluem, por exemplo, os fungos .que causam oídio, ferrugem, nódoa e macha foliar, tombamento, podridão da raiz, podridão da coroa, podridão da cápsula de algodão, cancro da haste, cancro do galho, murcha vascular, fuligem, mofo, incluindo, mas não limitado a, Fusaríum spp., Phakospora spp., Rhizoctonia spp., Aspergillus spp., Gibberella spp., Pyrícularía spp., e Alternaria spp.. Exemplos específicos de patógenos de planta fúngicos incluem Phakospora pachirhizi (ferrugem asiática da soja), Puccinia sorghi (ferrugem comum do milho), Puccinia polysora (ferrugem do Sul do milho), Fusaríum oxysporum e outros Fusaríum spp., Alternaria spp., Penicillium spp., Rhizoctonia solani, Exserohilum turcicum (mancha foliar do milho do Norte), Bipolaris maydis (mancha foliar do milho do Sul), Ustilago maydis (fuligem do milho), Fusaríum graminearum (Gibberella zeae), Fusaríum verticilliodes (Gibberella moniliformis), F. proliferatum (G. fujikuroi var. intermedia), F. subglutinans (G. subglutinans), Diplodia maydis, Sporisoríum holci-sorghi, Colletotrichum graminicola, Setosphaería turcica, Aureobasidi- um zeae, Sclerotinia sclerotíorum, e as várias espécies de fungo fornecidas nas Tabelas 4 e 5 da Patente U. S. 6.194.636. Exemplos não limitantes de patógenos de planta incluem patógenos anteriormente classificados como fungos, mas mais recentemente classificados como oomicetos. Exemplos específicos de oomicetos patógenos de planta de interesse particular incluem membros do gênero Pythium (por exemplo, Pythium aphanidermatum) e Phytophthora (por exemplo, Phytophthora infestans, Phytophthora sojae,) e organismos que causam míldio (por exemplo, Peronospora farinosa).Non-limiting examples of fungal plant pathogens of particular interest include, for example, fungi that cause powdery mildew, rust, leaf blight, damping-off, root rot, crown rot, cotton boll rot, stem canker, twig blight, vascular wilt, soot, mold, including, but not limited to, Fusaríum spp., Phakospora spp., Rhizoctonia spp., Aspergillus spp., Gibberella spp., Pyrícularía spp., and Alternaria spp.. Specific examples of Fungal plant pathogens include Phakospora pachirhizi (Asian soybean rust), Puccinia sorghi (common corn rust), Puccinia polysora (Southern corn rust), Fusarium oxysporum and others Fusarium spp., Alternaria spp., Penicillium spp., Rhizoctonia solani, Exserohilum turcicum (Northern corn leaf spot), Bipolaris maydis (Southern corn leaf spot), Ustilago maydis (corn sooty mold), Fusaríum graminearum (Gibberella zeae), Fusaríum verticilliodes (Gibberella moniliformis), F. proliferatum ( G. fujikuroi var. intermedia), F. subglutinans (G. subglutinans), Diplodia maydis, Sporisoríum holci-sorghi, Colletotrichum graminicola, Setosphaería turcica, Aureobasidi-a zeae, Sclerotinia sclerotíorum, and the various fungal species provided in Tables 4 and 5 of U.S. Patent 6,194 .636. Non-limiting examples of plant pathogens include pathogens previously classified as fungi but more recently classified as oomycetes. Specific examples of plant pathogenic oomycetes of particular interest include members of the genera Pythium (e.g., Pythium aphanidermatum) and Phytophthora (e.g., Phytophthora infestans, Phytophthora soyae,) and organisms that cause downy mildew (e.g., Peronospora farinosa).
Exemplos não limitantes de patógenos bacterianos incluem os micoplasmas que causam amarelos e espiroplasmas tais como Spiroplasma kunkelii, que causa enfezamento do milho, eubactérias tais como Pseudomonas avenae, Pseudomonas andropogonis, Erwinia stewartii, Pseudomonas syringae pv. syringae, Xylella fastidiosa, e as várias espécies bacteria- nas listadas na Tabela 3 da Patente U.S. 6.194.636.Non-limiting examples of bacterial pathogens include mycoplasmas that cause yellowing and spiroplasmas such as Spiroplasma kunkelii, which causes corn stunting, eubacteria such as Pseudomonas avenae, Pseudomonas andropogonis, Erwinia stewartii, Pseudomonas syringae pv. syringae, Xylella fastidiosa, and the various bacterial species listed in Table 3 of U.S. Patent 6,194,636.
Exemplos não limitantes de patógenos de planta virais de interesse particular incluem vírus do nanismo mosaico do milho (MDMV), vírus do mosaico da cana-de-açúcar, (SCMV, anteriormente MDMV cepa B), vírus do mosaico do estriado do trigo (wheat streak mosaic virus, WSMV), virus do nanismo clorótico do milho {maize chlorotic dwarf virus (MCDV), virus do nanismo amarelo da cevada (BYDV), vírus da doença do cacho de banana (BBTV) e os vários vírus listados na Tabela 2 da Patente U.S. 6.194.636. Pragas invertebradas de interesse particular, especialmente em, mas não limitado a, regiões do hemisfério sul (incluindo América do Sul e Central) incluindo afídeos, lagarta da raiz, spodoptera, noctuidae, besouro da batata, Lygus spp., qualquer hemíptero, ou homópteros, ou heteróptero, qualquer lepidóptero, qualquer coleóptero, nematódeos, lagartas da traça, lagarta da espiga, lagarta do cartucho, brocas, lagarta enroladeira, e outros. Pragas artrópodes especificamente abrangidas por essa invenção incluem várias espécies de lagarta incluindo lagarta (Agrotis repleta), lagarta-rosca (Agrotis ipsilorí), lagarta {Anicla ignicans), lagarta granulada (Feltia subterrânea), "gusano áspero" {Agrotis malefida)', traça da farinha Mediterrânea (A- nagasta kuehniella), besouro "square-necked grain beetle" (Cathartus quadricollis), besouro saltador (flea beetle) (Chaetocnema spp), traça (Corcyra cephalonica), lagarta da raiz do milho ou "vaquita de San Antonio" (Diabroti- ca speciosa), broca da cana de açúcar (Diatraea saccharalis), broca do colo (Elasmopalpus lignosellus), percevejo marrom (Euschistus spp.), lagarta da espiga de milho (Helicoverpa zeá), besouro do grão (Laemophloeus minu- tus), curuquerê dos capinzais (Moeis latipes), besouro (Oryzaephilus suri- namensis), traça da farinha (Pyralis farinalis), traça indiana da farinha (Plodia interpunctella), pulgão do milho (Rhopalosiphum maidis), percevejo castanho ou "chinche subterrânea" (Scaptocoris castaneà), pulgão verde (Schizaphis graminum), caruncho dos cereais (Sitophilus zeamais), tinea dos cereais (Sitotroga cerealella), lagarta do cartucho (Spodoptera frugíperda), besouro (cadelle beetle) (Tenebroides maurítanicus), ácaro rajado (Tetranychus urti- cae), besouro castanho das farinhas (Triboleum castaneum), lagarta das folhas do algodoeiro (Alabama argillacea), gorgulho do algodão (Anthono- mus grandis), pulgão do algodão (Aphis gossypii), mosca branca da batata doce (Bemisia tabaci), várias espécies de tripes (Frankliniella spp.), lagarta hl do algodão (Helicoverpa zea), "oruga bolillera" (por exemplo, Helicoverpa geletopoeorí), lagarta da maçã (Heliothis virescens), percevejo verde (Neza- ra viridula), lagarta rosada (Pectinophora gossypiella), lagarta do cartucho (Spodoptera exigua), ácaros (Tetranychusspp.), tripes da cebola (Thrips ta-~ bad), mosca branca das estufas (Trialeurodes vaporarium), lagarta desfo- lhadora (Anticarsia gemmatalis), besouro machado do milho ou "astilo mote- ado" (Astylus atromaculatus), "oruga de la alfalfa" (Colias lesbia), "chinche marrom" ou "chinche de los cuernos" (Dichelops furcatus), "alquiche chico" (Edessa miditabunda), besouros da bolha (Epicauta spp.), "barrenador dei brote" (Epinotia aporema), "oruga verde dei yuyo colorado" (Loxostege bifi- dalis), nematódeos "root-knot" (Meloidogyne spp.), "oruga cuarteadora" (Mods repanda), percevejo verde do sul (Nezara viridula), "chinche de la alfalfa" (Píezodorus guildinii), lagarta verde (green cloverworm) (Plathypena scabra), lagarta da soja (Pseudoplusia includens), lagarta "isoca medidora del girasof' (Rachiplusia nü), "yellow woolybeaí" (Spilosoma virginica), lagarta do cartucho listrada amarela (Spodoptera ornithogalli), vários gorgulhos da raiz (família Curculionidae), vários "wireworms" (família Elateridae), e vários corós (família Scarabaeidae). Pragas nematódeas especificamente abrangidas por essa invenção incluem pragas de milho (Belonolaimus spp., Tríchodorus spp., Longidorus spp., Dolichodorus spp., Anguina spp., Pratylenchus spp., Meloidogyne spp., Heterodera spp.), soja (Heterodera glycines, Meloidogyne spp., Belonolaimus spp.), bananas {Radopholus similis, Meloidogyne spp., Helicotylenchus spp.), cana de açúcar {Heterodera sacchari, Pratylenchus spp., Meloidogyne spp.), laranjas {Tylenchulus spp., Radopholus spp., Belonolaimus spp., Pratylenchus spp., Xiphinema spp.), café {Meloidogyne spp., Pratylenchus spp.), coqueiro {Bursaphelenchus spp.), tomates {Meloidogyne spp., Belonolaimus spp., Nacobbus spp.), uvas {Meloidogyne spp., Xiphinema spp., Tylenchulus spp., Criconemella spp.), limão e lima {Tylenchulus spp., Radopholus spp., Belonolaimus spp., Pratylenchus spp., Xiphinema spp.), cacau {Meloidogyne spp., Rotylenchulus reniformis), abacaxi {Meloidogyne spp., Pratylenchus spp., Rotylenchulus reniformis), mamão {Meloidogyne spp., Rotylenchulus reniformis), toranja {Tylenchulus spp., Radopholus spp. Belonolaimus spp., Pratylenchus spp., Xiphinema spp., e favas {Me-loidogyne spp.).Non-limiting examples of viral plant pathogens of particular interest include maize dwarf mosaic virus (MDMV), sugar cane mosaic virus (SCMV, formerly MDMV strain B), wheat streak mosaic virus (Wheat streak mosaic virus, WSMV), maize chlorotic dwarf virus (MCDV), barley yellow dwarf virus (BYDV), banana bunch disease virus (BBTV), and the various viruses listed in Table 2 of U.S. Patent 6,194,636. Invertebrate pests of particular interest, especially in, but not limited to, regions of the Southern Hemisphere (including South and Central America) including aphids, rootworm, spodoptera, noctuidae, potato beetle, Lygus spp., any hemiptera, or homoptera , or heteropteran, any lepidopteran, any coleopteran, nematodes, moth caterpillars, earworms, fall armyworms, borers, leafroller caterpillars, and others. Arthropod pests specifically encompassed by this invention include various species of caterpillars including caterpillar (Agrotis replete), threadworm (Agrotis ipsilorí), caterpillar (Anicla ignicans), granulated caterpillar (Feltia subterranean), 'roughworm' (Agrotis malefida)', Mediterranean flour moth (A-nagasta kuehniella), square-necked grain beetle (Cathartus quadricollis), jumping flea beetle (Chaetocnema spp), moth (Corcyra cephalonica), corn rootworm or San Antonio" (Diabrotica speciosa), sugarcane borer (Diatraea saccharalis), collar borer (Elasmopalpus lignosellus), brown stink bug (Euschistus spp.), corn earworm (Helicoverpa zeá), grain beetle ( Laemophloeus minutus), grass leafworm (Moeis latipes), beetle (Oryzaephilus surinamensis), flour moth (Pyralis farinalis), Indian meal moth (Plodia interpunctella), corn aphid (Rhopalosiphum maidis), brown stink bug or "subterranean chinch" (Scaptocoris castaneà), green aphid (Schizaphis graminum), cereal weevil (Sitophilus zeamais), cereal tinea (Sitotroga cerealella), fall armyworm (Spodoptera frugíperda), beetle (cadelle beetle) (Tenebroides maurítanicus), two-spotted spider mite (Tetranychus urticae), brown flour beetle (Triboleum castaneum), cotton leafworm (Alabama argillacea), cotton weevil (Anthonomus grandis), cotton aphid (Aphis gossypii), potato whitefly bollworm (Bemisia tabaci), several species of thrips (Frankliniella spp.), bollworm (Helicoverpa zea), "oruga bolillera" (e.g. Helicoverpa geletopoeorí), apple bollworm (Heliothis virescens), green stink bug (Neza- ra viridula), pink armyworm (Pectinophora gossypiella), fall armyworm (Spodoptera exigua), mites (Tetranychusspp.), onion thrips (Thrips ta-~bad), greenhouse whitefly (Trialeurodes vaporarium), defoliant caterpillar ( Anticarsia gemmatalis), corn hatchet beetle or "astylus moteado" (Astylus atromaculatus), "alfalfa oruga" (Colias lesbia), "brown chinche" or "chinche de los cuernos" (Dichelops furcatus), "alquiche chico " (Edessa miditabunda), blister beetles (Epicauta spp.), "barrenador dei brote" (Epinotia aporema), "oruga verde dei yuyo colorado" (Loxostege bifidalis), root-knot nematodes (Meloidogyne spp.) , "oruga cuarteadora" (Mods repanda), southern green stink bug (Nezara viridula), "chinche de la alfalfa" (Píezodorus guildinii), green cloverworm (Plathypena scabra), soybean caterpillar (Pseudoplusia includens), caterpillar "isoca metera del girasof' (Rachiplusia nü), "yellow woolybeaí" (Spilosoma virginica), yellow striped armyworm (Spodoptera ornithogalli), various root weevils (family Curculionidae), various "wireworms" (family Elateridae), and various corós (family Scarabaeidae). Nematode pests specifically encompassed by this invention include pests of corn (Belonolaimus spp., Tríchodorus spp., Longidorus spp., Dolichodorus spp., Anguina spp., Pratylenchus spp., Meloidogyne spp., Heterodera spp.), soybean (Heterodera glycines, Meloidogyne spp., Belonolaimus spp.), bananas {Radopholus similis, Meloidogyne spp., Helicotylenchus spp.), sugar cane {Heterodera sacchari, Pratylenchus spp., Meloidogyne spp.), oranges {Tylenchulus spp., Radopholus spp., Belonolaimus spp., Pratylenchus spp., Xiphinema spp.), coffee {Meloidogyne spp., Pratylenchus spp.), coconut palm {Bursaphelenchus spp.), tomatoes {Meloidogyne spp., Belonolaimus spp., Nacobbus spp.), grapes {Meloidogyne spp. , Xiphinema spp., Tylenchulus spp., Criconemella spp.), lemon and lime {Tylenchulus spp., Radopholus spp., Belonolaimus spp., Pratylenchus spp., Xiphinema spp.), cocoa {Meloidogyne spp., Rotylenchulus reniformis), pineapple {Meloidogyne spp., Pratylenchus spp., Rotylenchulus reniformis), papaya {Meloidogyne spp., Rotylenchulus reniformis), grapefruit {Tylenchulus spp., Radopholus spp. Belonolaimus spp., Pratylenchus spp., Xiphinema spp., and broad beans {Me-loidogyne spp.).
Genes alvo de pragas podem incluir genes de invertebrados para proteína major de esperma, alfa tubulina, beta tubulina, ATPase vacuolar, gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase, RNA polimerase li, quitina sintase, citocromos, miRNAs, moléculas precursoras de miRNA, promotores de miRNA, assim como outros genes tais como aqueles descritos na Publicação de Pedido de Patente U.S. 2006/0021087 A1, Pedido de Patente PCT PCT/US05/11816, e na Tabela II da Publicação de Pedido de Patente U. S. 2004/0098761 A1. Genes alvo de patógenos podem incluir genes para fatores de iniciação de tradução virai, replicases virais, miRNAs, moléculas precursoras de miRNA, tubulina fúngica, ATPase vacuolar fúngica, quitina sin- tase fúngica, MAP quinases fúngicas, Pad Tyr/Thr fosfatase fúngica, enzimas envolvidas no transporte de nutrientes (por exemplo, transportadores de aminoácidos ou transportadores de açúcares), enzimas envolvidas na bios- síntese de parede celular fúngica, cutinases, melanina, enzimas biossintéti- cas, poligalacturonases, pectinases, pectina liases, celulases, proteases, genes que interagem com genes de avirulência de planta, e outros genes envolvidos em invasão e replicação do patógeno na planta infectada. Dessa forma, um gene alvo não precisa ser endógeno à planta na qual o constructo de DNA recombinante é transcrito. Um constructo de DNA recombinante da invenção pode ser transcrito em uma planta e usado para suprimir um gene de um patógeno ou praga que pode infestar a planta.Pest target genes may include invertebrate genes for sperm major protein, alpha tubulin, beta tubulin, vacuolar ATPase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, RNA polymerase li, chitin synthase, cytochromes, miRNAs, miRNA precursor molecules, miRNA promoters , as well as other genes such as those described in U.S. Patent Application Publication 2006/0021087 A1, PCT Patent Application PCT/US05/11816, and in Table II of U.S. Patent Application Publication 2004/0098761 A1. Pathogen target genes may include genes for viral translation initiation factors, viral replicases, miRNAs, miRNA precursor molecules, fungal tubulin, fungal vacuolar ATPase, fungal chitin synthase, fungal MAP kinases, fungal Pad Tyr/Thr phosphatase, enzymes involved in nutrient transport (e.g., amino acid transporters or sugar transporters), enzymes involved in fungal cell wall biosynthesis, cutinases, melanin, biosynthetic enzymes, polygalacturonases, pectinases, pectin lyases, cellulases, proteases, genes that interact with plant avirulence genes, and other genes involved in pathogen invasion and replication in the infected plant. Thus, a target gene does not need to be endogenous to the plant in which the recombinant DNA construct is transcribed. A recombinant DNA construct of the invention can be transcribed in a plant and used to suppress a gene of a pathogen or pest that may infest the plant.
Exemplos não limitantes específicos de genes alvo adequados também incluem genes catabólicos de aminoácidos (tais como, mas não limitados, ao gene LKFl/SDH de milho que codifica lisina-cetoglutarato reduta- se (LKR) e sacaropina desidrogenase (SDH), e seus homólogos), genes de zeína de milho, genes envolvidos na síntese de ácido graxo (por exemplo, desaturases de ácido graxo microssomal e tioesterases de acil-ACP de planta, tais como, mas não limitadas, àquelas descritas nas Patentes U.S. números 6.426.448, 6.372.965, e 6.872.872), genes envolvidos em vias de bios- síntese multi-etapa, onde pode ser de interesse regular o nível de um ou mais intermediários, tal como genes que codificam enzimas para biossíntese de poliidroxialcanoato (vide, por exemplo, Patente U.S. No. 5.750.848); e genes que codificam proteínas de controle do ciclo celular, tal como proteínas com atividade semelhante a inibidor de quinase dependente de ciclina (CDK) (vide, por exemplo, genes descritos na Publicação de Pedido de Patente Internacional número WO 05007829A2). Genes, alvo podem incluir genes que codificam proteínas indesejáveis (por exemplo, alérgenos ou toxinas) ou as enzimas para a biossíntese de compostos indesejáveis (por exemplo, componentes de sabor ou odor indesejável). Dessa forma, uma mo- dalidade da invenção é uma planta transgênica ou tecido de tal planta que é melhorado pela supressão de proteínas alergênicas ou toxinas, por exemplo, uma semente de amendoim, soja, trigo com alergenicidade diminuída. Genes alvo podem incluir genes envolvidos na maturação de frutos, tal como poligalacturonase. Genes alvo podem incluir genes onde a expressão é pre- ferivelmente limitada a uma célula ou tecido ou estágio de desenvolvimento particular, ou onde a expressão é preferivelmente transitória, isto quer dizer, onde supressão constitutiva ou geral, ou supressão que se espalha por muitos tecidos, não é necessariamente desejada. Dessa forma, outros exemplos de genes alvo adequados incluem genes que codificam proteínas que, quando expressas em plantas transgênicas, fazem as plantas transgênicas resistentes a pragas ou patógenos (vide, por exemplo, genes para colesterol oxidase como descrito na Patente U.S. No. 5.763.245); genes onde a expressão é induzida pela praga ou patógeno; e genes que podem induzir ou restaurar fertilidade (vide, por exemplo, genes barstar/barnase descritos na Patente U.S. No. 6.759.575). Os constructos de DNA recombinantes da invenção podem ser projetados para suprimir mais especificamente o gene alvo, por desenhar o elemento ou elementos de supressão gênica para incluir regiões substancialmente não idênticas a uma seqüência de gene não-alvo. Genes não-alvo podem incluir qualquer gene que não se pretende silenciar ou suprimir, tanto em uma planta que transcreve o constructo de DNA recombinante como em organismos que podem entrar em contato com RNA transcrito a partir do constructo de DNA recombinante. Uma seqüência de gene não-alvo pode incluir qualquer seqüência de qualquer espécie (incluindo, mas não limitada a, não-eucariotos tal como bactérias, e vírus; fungos, plantas, incluindo mo- nocotiledôneas e dicotiledôneas, tal como plantas de cultivo, plantas ornamentais, e plantas selvagens ou não-domesticadas; invertebrados tais como artrópodes, anelídeos, nematódeos, e moluscos; e vertebrados tais como anfíbios, peixe, aves, mamíferos domésticos ou selvagens, e até mesmo seres humanos).Specific non-limiting examples of suitable target genes also include amino acid catabolic genes (such as, but not limited to, the maize LKF1/SDH gene encoding lysine-ketoglutarate reductase (LKR) and saccharopine dehydrogenase (SDH), and their homologues ), corn zein genes, genes involved in fatty acid synthesis (e.g., microsomal fatty acid desaturases and plant acyl-ACP thioesterases, such as, but not limited to, those described in U.S. Patent Nos. 6,426,448, 6,372,965, and 6,872,872), genes involved in multi-step biosynthesis pathways, where it may be of interest to regulate the level of one or more intermediates, such as genes encoding enzymes for polyhydroxyalkanoate biosynthesis (see, for example, example, U.S. Patent No. 5,750,848); and genes encoding cell cycle control proteins, such as proteins with cyclin-dependent kinase (CDK) inhibitor-like activity (see, for example, genes described in International Patent Application Publication number WO 05007829A2). Target genes may include genes encoding undesirable proteins (e.g., allergens or toxins) or enzymes for the biosynthesis of undesirable compounds (e.g., undesirable taste or odor components). Thus, one embodiment of the invention is a transgenic plant or tissue from such a plant that is improved by the suppression of allergenic proteins or toxins, for example, a peanut, soybean, wheat seed with decreased allergenicity. Target genes may include genes involved in fruit ripening, such as polygalacturonase. Target genes may include genes where expression is preferably limited to a particular cell or tissue or developmental stage, or where expression is preferably transient, that is, where constitutive or general suppression, or suppression that spreads across many tissues. , is not necessarily desired. Thus, other examples of suitable target genes include genes that encode proteins that, when expressed in transgenic plants, make the transgenic plants resistant to pests or pathogens (see, for example, genes for cholesterol oxidase as described in U.S. Patent No. 5,763. 245); genes where expression is induced by the pest or pathogen; and genes that can induce or restore fertility (see, for example, barstar/barnase genes described in U.S. Patent No. 6,759,575). The recombinant DNA constructs of the invention can be designed to more specifically suppress the target gene by designing the gene suppression element or elements to include regions substantially non-identical to a non-target gene sequence. Non-target genes may include any gene that is not intended to be silenced or suppressed, both in a plant that transcribes the recombinant DNA construct and in organisms that may come into contact with RNA transcribed from the recombinant DNA construct. A non-target gene sequence may include any sequence from any species (including, but not limited to, non-eukaryotes such as bacteria, and viruses; fungi, plants, including monocots and dicots, such as crop plants, ornamentals, and wild or non-domesticated plants; invertebrates such as arthropods, annelids, nematodes, and mollusks; and vertebrates such as amphibians, fish, birds, domestic or wild mammals, and even humans).
Em uma modalidade, o gene alvo é um gene endógeno para uma dada espécie, tal como uma dada planta (tal como, mas não limitado a, plantas agricolamente ou comercialmente importantes, incluindo monocotile- dôneas e dicotiledôneas), e o gene não-alvo pode ser, por exemplo, um gene de uma espécie não-alvo, tal como outra espécie de planta ou um gene de um vírus, fungo, bactéria, invertebrado, ou vertebrado, até mesmo um ser humano. Um exemplo não limitante é onde o elemento de supressão gênica é projetado para suprimir um gene alvo que é um gene endógeno para uma única espécie (por exemplo, lagarta da raiz do milho Ocidental, Diabrotica virgifera virgifera LeConte) mas não suprime um gene não-alvo tal como os genes de espécies relacionadas, até mesmo intimamente relacionadas (por exemplo, lagarta da raiz do milho do Norte, Diabrotica barberí Smith & Lawrence, ou lagarta da raiz do milho do Sul, Diabrotica undecimpunctata).In one embodiment, the target gene is an endogenous gene for a given species, such as a given plant (such as, but not limited to, agriculturally or commercially important plants, including monocots and dicots), and the non-target gene it may be, for example, a gene from a non-target species, such as another plant species or a gene from a virus, fungus, bacteria, invertebrate, or vertebrate, even a human. A non-limiting example is where the gene suppression element is designed to suppress a target gene that is an endogenous gene for a single species (e.g., Western corn rootworm, Diabrotica virgifera virgifera LeConte) but does not suppress a non- target such as the genes of related, even closely related, species (e.g., Northern corn rootworm, Diabrotica barberí Smith & Lawrence, or Southern corn rootworm, Diabrotica undecimpunctata).
Em outras modalidades (por exemplo, onde é desejável suprimir um gene alvo entre múltiplas espécies), pode ser desejável desenhar o elemento de supressão gênica para suprimir uma seqüência de gene alvo co- mum às múltiplas espécies nas quais o gene alvo deve ser silenciado. Dessa forma, um elemento de supressão gênica pode ser selecionado para ser específico para um táxon (por exemplo, específico para um gênero, família, ou mesmo um táxon maior tal como um filo, por exemplo, artrópodes), mas não 5 para outros táxons (por exemplo, plantas ou vertebrados ou mamíferos). Em um exemplo não limitante dessa modalidade, um elemento de supressão gênica para silenciamento gênico pode ser selecionado a fim de atingir fun-gos patogênicos (por exemplo, um Fusaríum spp.), mas não atingir qualquer outra seqüência gênica de fungos benéficos.In other embodiments (e.g., where it is desirable to suppress a target gene across multiple species), it may be desirable to design the gene suppression element to suppress a target gene sequence common to the multiple species in which the target gene is to be silenced. In this way, a gene suppression element can be selected to be specific to one taxon (e.g., specific to a genus, family, or even a larger taxon such as a phylum, e.g., arthropods), but not to other taxa. (e.g. plants or vertebrates or mammals). In a non-limiting example of this embodiment, a gene suppression element for gene silencing can be selected to target pathogenic fungi (e.g., a Fusarium spp.), but not target any other beneficial fungal gene sequence.
Em outro exemplo não limitante dessa modalidade, um elemento de supressão gênica para silenciamento gênico em lagarta da raiz do milho pode ser selecionado para ser específico para todos os membros do gênero hlIn another non-limiting example of this embodiment, a gene suppression element for gene silencing in corn rootworm can be selected to be specific for all members of the hl genus.
Diabrotica. Em um exemplo adicional dessa modalidade, tal elemento de supressão gênica direcionado para Diabrotica pode ser selecionado a fim de 15 não atingir nenhuma seqüência gênica de coleópteros benéficos (por exem- pio, besouros coccinelídeos predatórios, comumente. conhecidos como joaninhas) ou outras espécies de insetos benéficos. O grau necessário de especificidade de um RNA para silenciar um gene alvo depende de vários fatores. Por exemplo, o RNA para silenciar 20 um gene alvo inclui RNA duplo filamento (dsRNA), e assim fatores podem incluir o tamanho dos menores fragmentos de dsRNA que são esperados ser produzidos pela ação de proteínas Dicer ou semelhantes a Dicer, e a importância relativa de diminuir o potencial das dsRNAs suprimirem genes não- alvo. Por exemplo, onde se espera que os fragmentos de dsRNA tenham 21 25 pares de base de tamanho, uma modalidade particularmente preferida inclui RNA para silenciar um gene alvo que codifica regiões substancialmente não- idênticas a uma seqüência de gene não-alvo, tais como regiões dentro das quais cada fragmento contíguo que inclui pelo menos pareamentos de 21 nucleotídeos de menos do que 21 (por exemplo, de menos do que 21, ou de 30 menos do que 20, ou de menos do que 19, ou de menos do que 18, ou de menos do que 17) dos 21 nucleotídeos contíguos de uma seqüência de gene não-alvo. Em outra modalidade, regiões substancialmente não idênticas a uma seqüência gênica não-alvo inclui regiões dentro das quais cada frag- mento contíguo que inclui pelo menos pareamentos de 19 nucleotídeos menores do que 19 (por exemplo, 19, ou menores do que 18, ou menores do que 17, ou menores do que 16) dos 19 nucleotídeos contíguos de uma seqüência de gene não-alvo.Diabrotica. In a further example of this embodiment, such a gene suppression element targeting Diabrotica may be selected so as not to target any gene sequences of beneficial coleopterans (e.g., predatory coccinellid beetles, commonly known as ladybugs) or other species of beneficial insects. The necessary degree of specificity of an RNA to silence a target gene depends on several factors. For example, the RNA to silence a target gene includes double-stranded RNA (dsRNA), and so factors may include the size of the smallest dsRNA fragments that are expected to be produced by the action of Dicer or Dicer-like proteins, and the relative importance of decreasing the potential of dsRNAs to suppress non-target genes. For example, where dsRNA fragments are expected to be 21 base pairs in size, a particularly preferred embodiment includes RNA to silence a target gene that encodes regions substantially non-identical to a non-target gene sequence, such as regions within which each contiguous fragment that includes at least 21 nucleotide pairings of less than 21 (e.g., of less than 21, or of 30 less than 20, or of less than 19, or of less than 18 , or less than 17) of the 21 contiguous nucleotides of a non-target gene sequence. In another embodiment, regions substantially non-identical to a non-target gene sequence include regions within which each contiguous fragment that includes at least 19 nucleotide pairings less than 19 (e.g., 19, or less than 18, or less than 17, or less than 16) of the 19 contiguous nucleotides of a non-target gene sequence.
Em algumas modalidades, pode ser desejável desenhar o RNA para silenciar um gene alvo para incluir regiões previstas para não gerar po- lipeptídeos indesejáveis, por exemplo, por rastrear o RNA para silenciar um gene alvo para seqüências que podem codificar polipeptídeos indesejáveis conhecidos ou homólogos próximos desses. Polipeptídeos indesejáveis incluem, mas não são limitados a, polipeptídeos homólogos a polipeptídeos alergênicos conhecidos e polipeptídeos homólogos a toxinas polipeptídicas conhecidas. Seqüências disponíveis publicamente que codificam tais peptí- deos potencialmente alergênicos estão disponíveis, por exemplo, a base de dados de alergenos de Food Allergy Research and Resource Program (FARRP) (disponível em allergenonline.com) ou as bases de dados Biotech-nology Information for Food Safety Databases (disponível em www.iit.edu/~sgendel/fa.htm) (vide também, por exemplo, Gendel (1998) Adv. Food Nutr. Res., 42:63-92). Seqüências indesejáveis também podem incluir, por exemplo, aquelas seqüências de polipeptídeo apontadas como toxinas conhecidas ou como alergenos potenciais ou conhecidos e contidas em bases de dados publicamente disponíveis tais como GenBank, EMBL, SwissProt, e outras, que são pesquisáveis pelo sistema Entrez (www.ncbi.nih.gov/Entrez). Exemplos não limitantes de seqüências de peptí- deos potencialmente alergênicos incluem glicinina de soja, oleosina e agluti- nina de amendoim, gluteninas de trigo, caseína, lactalbumina, e lactoglobuli- na de leite bovino e tropomiosina de vários moluscos (allergenonline.com). Exemplos não limitantes de peptídeos potencialmente tóxicos indesejáveis incluem toxina tetânica tetA de Clostridium tetani, toxinas diarréicas de Staphylococcus aureus, e venenos tais como conotoxinas de Conus spp. e neu- rotoxinas de artrópodes e repteis (www.ncbi.nih.gov/Entrez).In some embodiments, it may be desirable to design the RNA for silencing a target gene to include regions predicted not to generate undesirable polypeptides, for example, by screening the RNA for silencing a target gene for sequences that may encode known undesirable polypeptides or close homologs. of these. Undesirable polypeptides include, but are not limited to, polypeptides homologous to known allergenic polypeptides and polypeptides homologous to known polypeptide toxins. Publicly available sequences encoding such potentially allergenic peptides are available, for example, in the Food Allergy Research and Resource Program (FARRP) allergen database (available at allergenonline.com) or the Biotechnology Information for Food Safety Databases (available at www.iit.edu/~sgendel/fa.htm) (see also, for example, Gendel (1998) Adv. Food Nutr. Res., 42:63-92). Undesirable sequences may also include, for example, those polypeptide sequences identified as known toxins or potential or known allergens and contained in publicly available databases such as GenBank, EMBL, SwissProt, and others, which are searchable by the Entrez system (www .ncbi.nih.gov/Entrez). Non-limiting examples of potentially allergenic peptide sequences include soy glycinin, peanut oleosin and agglutinin, wheat glutenins, casein, lactalbumin, and lactoglobulin from bovine milk and tropomyosin from various shellfish (allergenonline.com). Non-limiting examples of undesirable potentially toxic peptides include tetanus toxin tetA from Clostridium tetani, diarrheal toxins from Staphylococcus aureus, and venoms such as conotoxins from Conus spp. and neurotoxins from arthropods and reptiles (www.ncbi.nih.gov/Entrez).
Em um exemplo não limitante, um RNA para silenciar um gene alvo é rastreado para eliminar aquelas seqüências capazes de ser traduzidas que codificam polipeptídeos com homologia perfeita a um alergeno ou toxina conhecida por 8 aminoácidos contíguos, ou com pelo menos 35% de identidade por pelo menos 80 aminoácidos; tais rastreamentos podem ser realizados em qualquer e todas as possíveis fases de leitura em ambas as direções, em fases abertas de leitura potenciais que começam com AUG (ATG no DNA correspondente), ou em todas as fases abertas de leitura possíveis, independente de se elas começam com um AUG (ou ATG) ou não. Quando um "acerto" ou pareamento é feito, isto é, quando uma seqüência que codifica um polipeptídeo potencial com homologia perfeita a um alerge- no ou toxina conhecida por 8 aminoácidos consecutivos (ou pelo menos cer- 10 ca de 35% de identidade por pelo menos cerca de 80 aminoácidos), é identificado, as sequências de ácido nucléico que correspondem ao acerto podem ser evitadas, eliminadas, ou modificadas ao selecionar sequências a ser usadas em um RNA para silenciar um gene alvo.In a non-limiting example, an RNA for silencing a target gene is screened to eliminate those sequences capable of being translated that encode polypeptides with perfect homology to a known allergen or toxin for 8 contiguous amino acids, or with at least 35% identity per at least minus 80 amino acids; such scans can be performed on any and all possible reading frames in both directions, on potential open reading frames starting with AUG (ATG in the corresponding DNA), or on all possible open reading frames, regardless of whether they start with an AUG (or ATG) or not. When a "hit" or pairing is made, that is, when a sequence encoding a potential polypeptide with perfect homology to a known allergen or toxin for 8 consecutive amino acids (or at least about 35% identity per at least about 80 amino acids), is identified, the nucleic acid sequences that match the hit can be avoided, eliminated, or modified when selecting sequences to be used in an RNA to silence a target gene.
Evitar, eliminar, ou modificar uma seqüência indesejada pode 15 ser obtido por qualquer um de vários métodos conhecidos daqueles versados na técnica. Em alguns casos, o resultado pode.ser novas seqüências que são acreditadas não existirem naturalmente. Por exemplo, evitar certas seqüências pode ser obtido por unir seqüências "limpas" em novas seqüências quiméricas para ser usadas em um RNA para silenciar um gene alvo. Já que o RNA para silenciar um gene alvo inclui RNA duplo fila mento (dsRNA), os requerentes reconhecem que em algum silenciamento mediado por dsRNA, é possível que seqüências de dsRNA que não pareiam perfeitamente sejam eficazes no silenciamento gênico. Por exemplo, foi mostrado que não pareamentos próximo ao centro de um sítio complementar de miRNA tem efeitos mais fortes sobre o silenciamento gênico do miRNA do que pareamentos localizados mais distalmente. Vide, por exemplo, Figura 4 em Mallory et al. (2004) EMBO J., 23:3356-3364. Em outro exemplo, foi relatado que, tanto a posição de um par de base não pareado quanto a identidade dos nucleotídeos que formam o não pareamento influenciam a habili- dade de um dado siRNA silenciar um gene alvo, e que não pareamentos adenina-citosina, além do par de base oscilante G:U, foram bem-tolerados (vide Du et al. (2005) Nucleic Acids Res., 33:1671-1677). Dessa forma, o dsRNA que está incluído no RNA para silenciar um gene alvo não precisa sempre ter 100% de identidade de seqüência com o gene alvo pretendido, mas geralmente teria preferivelmente identidade de seqüência substancial com o gene alvo pretendido, tal como cerca de 95%, cerca de 90%, cerca de 85%, ou cerca de 80% de identidade de seqüência com o gene alvo pretendido. Um versado na técnica seria capaz de julgar a importância dada ao rastreamento por regiões previstas para ser mais altamente específicas ao gene alvo ou previstas para não gerar polipeptídeos indesejáveis, em relação à importância dada a outros critérios, tais como, mas não limitados a, porcentagem de identidade de seqüência com o gene alvo pretendido ou a eficiência de silenciamento gênico prevista de uma dada seqüência. Por exemplo, pode ser desejável para um RNA para silenciar um gene alvo ser ativo entre várias espécies e, portanto um versado na técnica pode determinar que é mais importante incluir no RNA para silenciar um gene alvo regiões específicas para as várias espécies de interesse, mas menos importante rastrear por regiões previstas para ter maior eficiência de silenciamento gênico ou para regiões previstas para gerar polipeptídeos indesejáveis.Avoiding, eliminating, or modifying an unwanted sequence can be achieved by any of a number of methods known to those skilled in the art. In some cases, the result may be new sequences that are believed not to exist naturally. For example, avoidance of certain sequences can be achieved by splicing "clean" sequences into new chimeric sequences to be used in an RNA to silence a target gene. Since RNA for silencing a target gene includes double-stranded RNA (dsRNA), we recognize that in some dsRNA-mediated silencing, it is possible that dsRNA sequences that do not pair perfectly are effective in gene silencing. For example, it has been shown that mismatches near the center of a miRNA complementary site have stronger effects on miRNA gene silencing than pairings located more distally. See, for example, Figure 4 in Mallory et al. (2004) EMBO J., 23:3356-3364. In another example, it was reported that both the position of an unpaired base pair and the identity of the nucleotides forming the unpaired influence the ability of a given siRNA to silence a target gene, and that non-adenine-cytosine pairings, in addition to the G:U wobble base pair, they were well tolerated (see Du et al. (2005) Nucleic Acids Res., 33:1671-1677). Thus, the dsRNA that is included in the RNA to silence a target gene need not always have 100% sequence identity with the intended target gene, but generally would preferably have substantial sequence identity with the intended target gene, such as about 95 %, about 90%, about 85%, or about 80% sequence identity with the intended target gene. One skilled in the art would be able to judge the importance given to screening for regions predicted to be more highly specific to the target gene or predicted not to generate undesirable polypeptides, relative to the importance given to other criteria, such as, but not limited to, percentage of sequence identity with the intended target gene or the predicted gene silencing efficiency of a given sequence. For example, it may be desirable for an RNA for silencing a target gene to be active across multiple species, and therefore one of skill in the art may determine that it is more important to include in the RNA for silencing a target gene regions specific to the various species of interest, but less important to screen for regions predicted to have greater gene silencing efficiency or for regions predicted to generate undesirable polypeptides.
Aptâmeros de RNA: aptâmeros de ácido nucléico são moléculas de ácido nucléico que se ligam a um ligante através de mecanismo de ligação que não é primariamente baseado em pareamento de base de Watson- Crick (ao contrário, por exemplo, ao pareamento de base que ocorre entre fitas de ácido nucléico complementares, anti-paralelas parra formar uma estrutura de ácido nucléico duplo filamento). Vide, por exemplo, Ellington & Szostak (1990) Nature, 346:818-822. Um aptâmero de ácido nucléico geralmente inclui uma seqüência de nucleotídeo primária que permite que o aptâmero forme uma estrutura secundária (por exemplo, por formar estruturas "stem-loop") que permite que o aptâmero se ligue ao seu ligante. A ligação do aptâmero ao seu ligante é preferivelmente específica, permitindo ao aptâmero distinguir entre duas ou mais moléculas que são estrutural mente similares (vide, por exemplo, Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechnol., 23:337-343). Aptâmeros úteis na invenção podem, entretanto, ser monovalentes (se ligar a um único ligante) ou multivalentes (se ligar a mais de um ligante individual, por exemplo, se ligar a uma unidade de dois ou mais ligan- tes diferentes). Vide, por exemplo, Di Giusto & King (2004) J. Biol. Chem., 279:46483-46489, que descreve o desenho e construção de aptâmeros de DNA circular, multivalentes.RNA aptamers: Nucleic acid aptamers are nucleic acid molecules that bind to a ligand through a binding mechanism that is not primarily based on Watson-Crick base pairing (as opposed to, for example, base pairing that occurs between complementary, anti-parallel nucleic acid strands to form a double-stranded nucleic acid structure). See, for example, Ellington & Szostak (1990) Nature, 346:818-822. A nucleic acid aptamer generally includes a primary nucleotide sequence that allows the aptamer to form a secondary structure (e.g., by forming "stem-loop" structures) that allows the aptamer to bind its ligand. The binding of the aptamer to its ligand is preferably specific, allowing the aptamer to distinguish between two or more molecules that are structurally similar (see, for example, Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechnol., 23:337-343). Aptamers useful in the invention may, however, be monovalent (binding to a single ligand) or multivalent (binding to more than one individual ligand, for example, binding to a unit of two or more different ligands). See, for example, Di Giusto & King (2004) J. Biol. Chem., 279:46483-46489, which describes the design and construction of multivalent, circular DNA aptamers.
Aptâmeros úteis na invenção podem incluir DNA, RNA, análogos de ácido nucléico (por exemplo, ácidos peptídeo nucléico), ácidos nucléicos 5 bloqueados, ácidos nucléicos modificados quimicamente, ou combinações desses. Vide, por exemplo, Schmidt et al. (2004) Nucleic Acids Fies., 32:5757-5765, que descrevem aptâmeros de ácido nucléico bloqueado. Em uma modalidade preferida da invenção, o aptâmero é um aptâmero de RNA. Em uma modalidade particularmente preferida, o aptâmero é produzido por 10 transcrição in planta. Exemplos de aptâmeros podem ser encontrados, por exemplo, na Base de Dados de Aptâmero pública, disponível na rede em aptamer.icmb.utexas.edu (Lee et al. (2004) Nucleic Acids Res., 32(1):D95- 100).Aptamers useful in the invention may include DNA, RNA, nucleic acid analogs (e.g., peptide nucleic acids), blocked nucleic acids, chemically modified nucleic acids, or combinations thereof. See, for example, Schmidt et al. (2004) Nucleic Acids Fies., 32:5757-5765, which describe blocked nucleic acid aptamers. In a preferred embodiment of the invention, the aptamer is an RNA aptamer. In a particularly preferred embodiment, the aptamer is produced by in planta transcription. Examples of aptamers can be found, for example, in the public Aptamer Database, available online at aptamer.icmb.utexas.edu (Lee et al. (2004) Nucleic Acids Res., 32(1):D95-100 ).
Aptâmeros podem ser desenhados para um dado ligante por 15 vários procedimentos conhecidos na técnica, incluindo técnicas de seleção in vitro ou de evolução direcionada. Vide,.por exemplo, "SELEX" ("evolução sistemática de ligantes por enriquecimento exponencial"), como descrito em Tuerk & Gold (1990) Science, 249:505-510, Ellington & Szostak (1990) Nature, 346:818-822, Ellington & Szostak (1992) Nature, 355:850-852, seleção de aptâmeros de RNA bifuncionais por SELEX quimérico, como descrito por Burke & Willis (1998), RNA, 4:1165-1175, seleção usando ligantes ligados a partículas magnéticas como descrito por Murphy et al. (2003) Nucleic Acids Res., 31:e110, uma técnica de SELEX automática descrita por Eulberg et al. (2005) Nucleic Acids Res., 33(4):e45, e uma técnica semelhante a SELEX 25 para obter aptâmeros criados contra moléculas recombinantes expressas sobre superfícies celulares, como descrito por Ohuchi et al. (2005) Nucleic Acid Symposium Series, 49:351 -352. A seleção pode começar com um conjunto aleatório de RNAs, de um conjunto parcialmente estruturado de RNAs (vide, por exemplo, Davis & Szostak (2002) Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 99: 11616-11621), ou a partir de um conjunto de RNAs degenerados (vide, por exemplo, Geiger etal. (1996) Nucleic Acids Res., 24: 1029-1036). Modelos de estrutura secundária, dobramento, e comportamento de hibridização para uma dada seqüência de RNA podem ser previstos usando algoritmos, por exemplo, como descrito por Zuker (2003) Nucleic Acids Res., 31: 3406-3415. Dessa forma, aptâmeros para um dado ligante podem ser desenhados de novo usando seleção adequada. Um exemplo não limitante de desenho e seleção de aptâmero é descrito em detalhe em Weill et al. (2004) Nucleic 5 Acids Res., 32:5045-5058, que descreve o isolamento de vários aptâmeros de ligação de ATP e seleção secundária de aptâmeros que se ligam a cordi- cepina (3’ desoxiadenosina). Outro exemplo não limitante de desenho de aptâmero é dado em Huang & Szostak (2003) RNA, 9:1456-1463, que descrevem a evolução in vitro de novos aptâmeros com novas especificidades e 10 novas estruturas secundárias a partir de um aptâmero inicial. Ligantes: ligantes úteis na invenção podem incluir aminoácidos ou seus intermediários biossintéticos ou catabólicos, peptídeos, proteínas, glicoproteínas, lipoproteínas, carboidratos, ácidos graxos e outros lipídios, esteróides, terpenóides, hormônios, ácidos nucléicos, aromáticos, alcalóides, 15 produtos naturais ou compostos sintéticos (por exemplo, corantes, farmacêuticos, antibióticos, herbicidas), íons inorgânicos, e metais, em qualquer molécula curta (ou parte de uma molécula) que podem ser reconhecidos e ser ligados por uma estrutura secundária de ácido nucléico por um mecanismo não primariamente baseado no pareamento de Watson-Crick. Dessa forma, 20 o reconhecimento e ligação de ligante e aptâmero é análogo àquele de antí- geno e anticorpo, ou de efetor biológico e receptor. Ligantes podem incluir moléculas únicas (ou parte de uma molécula), ou uma combinação de duas ou mais moléculas (ou partes de uma molécula) e podem incluir um ou mais complexos macromoleculares (por exemplo, polímeros, bicamadas lipídicas, 25 lipossomos, membranas celulares, ou outras estruturas celulares, ou superfícies celulares). Vide, por exemplo, Plummer et al. (2005) Nucleic Acids Res., 33:5602-5610, que descrevem seleção de aptâmeros que se ligam a um compósito pequena molecula-proteína de superfície; Zhuang et al. (2002) J. Biol. Chem., 277:13863-13872, que descrevem a associação de proteínas 30 de receptor do intestino médio de insetos com "rafts" de lipídios, o que afeta a ligação de endotoxinas inseticidas de Bacillus thuríngiensis; e Homann & Goringer (1999) Nucleic Acids Res., 27:2006-2014, que descrevem aptâmeros que se ligam a tripanossomas vivos.Aptamers can be designed for a given ligand by various procedures known in the art, including in vitro selection or directed evolution techniques. See, for example, "SELEX" ("systematic evolution of ligands by exponential enrichment"), as described in Tuerk & Gold (1990) Science, 249:505-510, Ellington & Szostak (1990) Nature, 346:818- 822, Ellington & Szostak (1992) Nature, 355:850-852, selection of bifunctional RNA aptamers by chimeric SELEX, as described by Burke & Willis (1998), RNA, 4:1165-1175, selection using particle-bound ligands magnetic as described by Murphy et al. (2003) Nucleic Acids Res., 31:e110, an automatic SELEX technique described by Eulberg et al. (2005) Nucleic Acids Res., 33(4):e45, and a technique similar to SELEX 25 to obtain aptamers created against recombinant molecules expressed on cell surfaces, as described by Ohuchi et al. (2005) Nucleic Acid Symposium Series, 49:351 -352. Selection can begin with a random set of RNAs, from a partially structured set of RNAs (see, for example, Davis & Szostak (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99: 11616-11621), or from of a set of degenerate RNAs (see, for example, Geiger etal. (1996) Nucleic Acids Res., 24: 1029-1036). Models of secondary structure, folding, and hybridization behavior for a given RNA sequence can be predicted using algorithms, for example, as described by Zuker (2003) Nucleic Acids Res., 31: 3406-3415. In this way, aptamers for a given ligand can be designed de novo using appropriate selection. A non-limiting example of aptamer design and selection is described in detail in Weill et al. (2004) Nucleic 5 Acids Res., 32:5045-5058, which describes the isolation of several ATP-binding aptamers and secondary selection of aptamers that bind cordicepin (3' deoxyadenosine). Another non-limiting example of aptamer design is given in Huang & Szostak (2003) RNA, 9:1456-1463, which describe the in vitro evolution of new aptamers with new specificities and 10 new secondary structures from an initial aptamer. Ligands: ligands useful in the invention may include amino acids or their biosynthetic or catabolic intermediates, peptides, proteins, glycoproteins, lipoproteins, carbohydrates, fatty acids and other lipids, steroids, terpenoids, hormones, nucleic acids, aromatics, alkaloids, natural products or compounds synthetics (e.g., dyes, pharmaceuticals, antibiotics, herbicides), inorganic ions, and metals, into any short molecule (or part of a molecule) that can be recognized and be bound by a nucleic acid secondary structure by a mechanism not primarily based on Watson-Crick matching. Thus, 20 the recognition and binding of ligand and aptamer is analogous to that of antigen and antibody, or biological effector and receptor. Ligands may include single molecules (or part of a molecule), or a combination of two or more molecules (or parts of a molecule), and may include one or more macromolecular complexes (e.g., polymers, lipid bilayers, liposomes, cell membranes , or other cellular structures, or cellular surfaces). See, for example, Plummer et al. (2005) Nucleic Acids Res., 33:5602-5610, who describe selection of aptamers that bind to a small surface molecule-protein composite; Zhuang et al. (2002) J. Biol. Chem., 277:13863-13872, which describe the association of insect midgut receptor proteins with lipid rafts, which affects the binding of insecticidal endotoxins from Bacillus thuringiensis; and Homann & Goringer (1999) Nucleic Acids Res., 27:2006-2014, who describe aptamers that bind to live trypanosomes.
Exemplos não limitantes de ligantes específicos incluem vitaminas tais como coenzima B12 e tiamina pirofosfato, flavína mononucleotídeo, guanina, adenosina, S-adenosilmetionina, S-adenosilomocisteína, coenzima A, lisina, tirosina, dopamina, glicosamina-6-fosfato, cafeína, teofilina, antibió- 5 ticos tais como cloranfenicol e neomicina, herbicidas tais como glifosato e dicamba, proteínas que incluem proteínas de revestimento virai ou de fago e proteínas epidérmicas ou da superfície do trato digestivo, e RNAs que incluem RNA virai, RNAs de transferência (t-RNAs), RNA ribossomal (rRNA), e RNA polimerases tais como RNA polimerase dependente de RNA (RdRP). Ligantes adequados para uso nessa invenção incluem as proteínas de receptor da borda em escova do intestino médio de inseto que são reconhecidas por endotoxinas inseticidas de Bacillus thuringiensis. Vide, por exemplo, Knight et al. (1995) J. Biol. Chem., 270:17765- 17770, e Gill et al. (1995) J. Biol. Chem., 270:27277-27282, que descrevem o isolamento, identificação, e clonagem de exemplos de tais proteínas receptoras; Gomez et al. (2001) J. Biol.. Chem., 276:28906-28912, e Daniel et al. (2002) Appl. Env. Microbiol., 68:2106-2112, que descrevem técnicas para identificar epítopos de ligação de tais proteínas receptoras e para estudar suas afinidades de ligação; Ju- rat-Fuentes & Adang (2001) Appl. Env. Microbiol., 67:323-329, e Jurat- Fuentes et al. (2001), Appl. Env. Microbiol., 67:872-879, que descrevem ensaios de ligação de receptor de endotoxina envolvendo ligação medida tanto por blots de membrana quando ressonância de plasma de superfície de vesículas da membrana da borda em escova a endotoxina. Outros exemplos de ligantes adequados aos quais aptâmeros de RNA da invenção se ligam incluem receptores de esteróides, tais como receptores de estrogênio, receptores de androgênio, receptores de retinóides, e receptores de ecdisona (vide, por exemplo, Saez et al. (2000) Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 97:1451214517. Quando ligantes são moléculas receptoras ou complexos receptores, aptâmeros de RNA da invenção podem agir opcionalmente como antagonis- tas ou agonistas. Uma classe de aptâmeros de RNA útil na invenção são ‘'termoswitches" que não se ligam a um ligante mas são responsivos termi- camente, isto quer dizer, a conformação do aptâmero é determinada pela temperatura. Vide, por exemplo, Quadro 3 in Mandai & Breaker (2004) Natu- re Rev. Mol. Cell Biol., 5:451 -463. Um aptâmero pode ser descrito por seu estado de ligação, isto é, se o aptâmero está ligado (ou desligado) ao seu respectivo ligante. O sítio de ligação (ou domínio ou domínios de ligação tridimensional) de um aptâmero pode ser descrito como ocupado ou não ocupado pelo ligante. De forma semelhante, uma população de um dado aptâmero pode ser descrita pela fração da população que está ligada ou desligada do ligante. A afinidade de um aptâmero pelo seu ligante pode ser descrita em termos da taxa de associação (ligação) do aptâmero com o ligante e a taxa de dissociação do ligante do aptâmero, por exemplo, pela constante de associação de equilíbrio (K) ou pela sua recíproca, a constante de afinidade (Ka) como é bem- conhecido na técnica. Essas taxas podem ser determinadas por métodos similares àqueles comumente usados para determinar a cinética de ligação de ligantes e receptores ou antígenos e anticorpos, tais como, mas não limitados a, ensaios de equilíbrio, ensaios de competição, ressonância de plasma de superfície, e modelos preditivos. A afinidade de um aptâmero pelo seu ligante pode ser selecionada, por exemplo, durante a evolução in vitro do aptâmero, ou modificada adicionalmente por alterações à seqüência primaria do aptâmero, onde tais alterações podem ser guiadas por cálculos de energia de ligação ou por algoritmos, por exemplo, como descrito por Zuker (2003) Nucleic Acids Res.,.31:3406-3415 ou Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechnol., 23:337-343. O estado de ligação de um aptâmero preferivelmente determina pelo menos parcialmente a estrutura secundária (por exemplo, a formação de regiões duplo filamento ou filamento única) e a conformação tridimensional do aptâmero. Em modalidades onde o DNA capaz de ser transcrito ainda inclui DNA que transcreve RNA regulatório capaz de regular a expressão de uma seqüência alvo, o estado de ligação do aptâmero afeta aiostericamente a conformação do RNA regulatório e assim a habilidade do RNA regulatório regular a expressão da seqüência alvo.Non-limiting examples of specific ligands include vitamins such as coenzyme B12 and thiamine pyrophosphate, flavin mononucleotide, guanine, adenosine, S-adenosylmethionine, S-adenosylhomocysteine, coenzyme A, lysine, tyrosine, dopamine, glucosamine-6-phosphate, caffeine, theophylline, antibiotics such as chloramphenicol and neomycin, herbicides such as glyphosate and dicamba, proteins that include viral or phage coat proteins and epidermal or digestive tract surface proteins, and RNAs that include viral RNA, transfer RNAs (t- RNAs), ribosomal RNA (rRNA), and RNA polymerases such as RNA-dependent RNA polymerase (RdRP). Suitable ligands for use in this invention include insect midgut brush border receptor proteins that are recognized by Bacillus thuringiensis insecticidal endotoxins. See, for example, Knight et al. (1995) J. Biol. Chem., 270:17765-17770, and Gill et al. (1995) J. Biol. Chem., 270:27277-27282, which describe the isolation, identification, and cloning of examples of such receptor proteins; Gomez et al. (2001) J. Biol. Chem., 276:28906-28912, and Daniel et al. (2002) Appl. Env. Microbiol., 68:2106-2112, which describe techniques for identifying binding epitopes of such receptor proteins and for studying their binding affinities; Jurat-Fuentes & Adang (2001) Appl. Env. Microbiol., 67:323-329, and Jurat-Fuentes et al. (2001), Appl. Env. Microbiol., 67:872-879, which describe endotoxin receptor binding assays involving binding measured by both membrane blots and surface plasmon resonance of brush border membrane vesicles to endotoxin. Other examples of suitable ligands to which RNA aptamers of the invention bind include steroid receptors, such as estrogen receptors, androgen receptors, retinoid receptors, and ecdysone receptors (see, for example, Saez et al. (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97:1451214517. A class of RNA aptamers useful in the invention are ''. thermoswitches" that do not bind to a ligand but are thermally responsive, that is, the conformation of the aptamer is determined by temperature. See, for example, Table 3 in Mandai & Breaker (2004) Nature Rev. Mol. Cell Biol., 5:451 -463. An aptamer can be described by its binding state, that is, whether the aptamer is bound (or unbound) to its respective ligand The binding site (or three-dimensional binding domain or domains. ) of an aptamer can be described as occupied or unoccupied by the ligand. Similarly, a population of a given aptamer can be described by the fraction of the population that is on or off the ligand. The affinity of an aptamer for its ligand can be described in terms of the rate of association (binding) of the aptamer with the ligand and the rate of dissociation of the ligand from the aptamer, for example, by the equilibrium association constant (K) or its reciprocal, the affinity constant (Ka) as is well known in the art. These rates can be determined by methods similar to those commonly used to determine the binding kinetics of ligands and receptors or antigens and antibodies, such as, but not limited to, equilibrium assays, competition assays, surface plasmon resonance, and models. predictive. The affinity of an aptamer for its ligand can be selected, for example, during in vitro evolution of the aptamer, or further modified by changes to the aptamer's primary sequence, where such changes can be guided by binding energy calculations or algorithms. for example, as described by Zuker (2003) Nucleic Acids Res., 31:3406-3415 or Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechnol., 23:337-343. The binding state of an aptamer preferably at least partially determines the secondary structure (e.g., the formation of double-stranded or single-stranded regions) and the three-dimensional conformation of the aptamer. In embodiments where the DNA capable of being transcribed further includes DNA that transcribes regulatory RNA capable of regulating the expression of a target sequence, the binding state of the aptamer aiosterically affects the conformation of the regulatory RNA and thus the ability of the regulatory RNA to regulate expression of the target sequence.
Em uma modalidade preferida, o aptâmero (RNA transcrito) é flanqueado por DNA que transcreve RNA capaz de formar RNA duplo filamento (dsRNA). Em algumas dessas modalidades, o dsRNA é processado por um mecanismo de RNAi (siRNA ou miRNA), por meio do qual o aptâmero é clivado do resto do transcrito. Em outras modalidades particularmente preferidas, as duas regiões de RNA transcritas que flanqueiam o aptâmero formam pelo menos parcialmente um "stem” de RNA duplo filamento entre 5 elas, em que o aptâmero serve como um "espaçador" ou "alça" em uma estrutura "stem-loop"; tal arranjo é esperado aumentar a estabilidade ou meia- vida do transcrito de uma maneira análoga àquela observada para DNA (vide, por exemplo, Di Giusto & King (2004) J. Biol. Chem., 279:46483-46489). Plantas transgênicas que têm no seu genoma DNA que transcreve tais ap- 10 tâmeros que têm estabilidade aumentada são particularmente desejáveis, por exemplo, onde o aptâmero funciona para inibir ou matar um patógeno ou praga da planta transgênica. RNA regulatório: em muitas modalidades, o DNA capaz de ser transcrito ainda inclui DNA que transcreve RNA regulatório capaz de regular 15 a expressão de uma seqüência alvo em que a regulação da seqüência alvo é dependente da conformação do RNA regulatório, e a conformação do RNA regulatório é afetada alostericamente pelo estado de ligação do aptâmero de RNA. Tais combinações de um aptâmero com um domínio de RNA regulatório são comumente conhecidas como "riboswitches". O RNA regulatório está 20 tipicamente à jusante do aptâmero, mas dos dois domínios podem se sobrepor; vide, por exemplo, Najafi-Shoushtari & Famulok (2005) RNA, 11:15141520, que descreve uma ríbozima em forma de grampo que inclui um domínio de aptâmero e é regulada competitivamente por flavina mononucleotídeo e um oligonucleotídeo complementar ao domínio do aptâmero. Em algumas 25 modalidades, o RNA regulatório é operativamente ligado à seqüência alvo, e age "in cis". Em outras modalidades, o RNA regulatório não é operativamente ligado a seqüência alvo e age "in trans". Qualquer seqüência alvo pode ser escolhida, incluindo uma ou mais seqüências alvo selecionadas a partir de um gene nativo à planta 30 transgênica da invenção, um transgene na planta transgênica, e um gene nativo a uma praga ou patógeno da planta transgênica. A seqüência alvo pode incluir uma seqüência que expressa um gene de interesse (por exemplo, um RNA que codifica uma proteína), ou uma seqüência que suprime um gene de interesse (por exemplo, um RNA que é processado para um siRNA ou miRNA que por sua vez suprime o gene de interesse). A seqüência alvo pode ser seqüência capaz de ser traduzida (codificante), ou pode ser seqüência não codificante (tal como seqüência regulatória não codificante), ou ambas. A seqüência alvo pode incluir pelo menos uma seqüência alvo euca- riótica, pelo menos uma seqüência alvo não-eucariótica, ou ambas. Uma seqüência alvo pode incluir qualquer seqüência de qualquer espécie (incluindo, mas não limitado a, não-eucariotos, tais como bactérias e vírus; fungos, plantas; incluindo monocotiledôneas e dicotiledôneas, tais como plantas de cultivo, plantas ornamentais, e plantas não-domesticadas ou selvagens; invertebrados tais como artrópodes, anelídeos, nematódeos, e moluscos; e vertebrados tais como anfíbios, peixe, aves, mamíferos domésticos ou selvagens e até mesmo humanos. Seqüências alvo adequadas são ainda descritas como "genes alvo" sob o título "Genes Alvo".In a preferred embodiment, the aptamer (transcribed RNA) is flanked by DNA that transcribes RNA capable of forming double-stranded RNA (dsRNA). In some of these embodiments, the dsRNA is processed by an RNAi mechanism (siRNA or miRNA), whereby the aptamer is cleaved from the rest of the transcript. In other particularly preferred embodiments, the two transcribed RNA regions flanking the aptamer at least partially form a double-stranded RNA stem between them, wherein the aptamer serves as a "spacer" or "handle" in a "stem" structure. stem-loop"; such an arrangement is expected to increase the stability or half-life of the transcript in a manner analogous to that observed for DNA (see, for example, Di Giusto & King (2004) J. Biol. Chem., 279:46483- 46489). Transgenic plants that have in their genome DNA that transcribes such aptamers that have increased stability are particularly desirable, for example, where the aptamer functions to inhibit or kill a pathogen or pest of the transgenic plant: in many. embodiments, the DNA capable of being transcribed further includes DNA that transcribes regulatory RNA capable of regulating the expression of a target sequence in which the regulation of the target sequence is dependent on the conformation of the regulatory RNA, and the conformation of the regulatory RNA is affected allosterically by the binding state of the RNA aptamer. Such combinations of an aptamer with a regulatory RNA domain are commonly known as "riboswitches". The regulatory RNA is typically downstream of the aptamer, but the two domains can overlap; see, for example, Najafi-Shoushtari & Famulok (2005) RNA, 11:15141520, which describes a hairpin ribozyme that includes an aptamer domain and is competitively regulated by flavin mononucleotide and an oligonucleotide complementary to the aptamer domain. In some 25 embodiments, the regulatory RNA is operably linked to the target sequence, and acts "in cis". In other embodiments, the regulatory RNA is not operatively linked to the target sequence and acts "in trans". Any target sequence may be chosen, including one or more target sequences selected from a gene native to the transgenic plant of the invention, a transgene in the transgenic plant, and a gene native to a pest or pathogen of the transgenic plant. The target sequence may include a sequence that expresses a gene of interest (e.g., an RNA that encodes a protein), or a sequence that suppresses a gene of interest (e.g., an RNA that is processed to an siRNA or miRNA that by in turn suppresses the gene of interest). The target sequence may be a sequence capable of being translated (coding), or it may be a non-coding sequence (such as a non-coding regulatory sequence), or both. The target sequence may include at least one eukaryotic target sequence, at least one non-eukaryotic target sequence, or both. A target sequence may include any sequence from any species (including, but not limited to, non-eukaryotes, such as bacteria and viruses; fungi, plants; including monocots and dicots, such as crop plants, ornamental plants, and non- domesticated or wild; invertebrates such as arthropods, annelids, nematodes, and mollusks; and vertebrates such as amphibians, fish, birds, domestic or wild mammals, and even humans. Target Genes.”
Em modalidades de riboswitch que incluem um aptâmero e um RNA regulatório, o riboswitch regula a expressão da seqüência alvo por qualquer mecanismo adequado. Um mecanismo não limitante é a regulação transcricional pela formação dependente de ligante de um tronco terminador intrínseco (uma estrutura "stem-loop" estendida tipicamente seguida por uma série de 6 ou mais resíduos de U) que faz com que a RNA polimerase aborte a transcrição, por exemplo, antes do RNAm completo ser formado. Em riboswitches "desligados", na ausência de ligante suficiente, o domínio do aptâmero não ligado permite a formação de um "tronco antiterminador", que impede a formação do tronco terminador intrínseco e assim permite que a transcrição ocorra; dessa forma, o estado padrão do riboswitch é "ligado" (isto é, a transcrição ocorre normalmente) e o ligante deve ser adicionado a desligar o riboswitch. Em riboswitches "ligados" que usam esse mecanismo, o domínio do aptâmero deve estar na conformação ligada (ligante ocupado) para permitir a formação do "tronco antiterminador" e permitir a transcrição. Outro mecanismo é a regulação da tradução, onde a ligação do ligante causa alterações estruturais em mRNAs de extensão completa e assim permite (ou impede) que os ribossomos se liguem ao sítio de ligação ribossomal (RBS); a formação de um tronco "anti-anti-RBS" e um tronco "anti-RBS" também é mutuamente exclusivo. Em riboswitches "ligados" que usam esse mecanismo, a ausência do ligante permite a formação de um anti-anti-RBS, e assim um RBS estruturalmente desimpedido ao qual o ribossomo pode se ligar. Uma combinação da regulação transcricional e traducional também é 5 possível. Para uma discussão detalhada de mecanismos de regulação, vide Mandai & Breaker (2004) Nature Rev. Mol. Cell Biol., 5:451-463.In riboswitch embodiments that include an aptamer and a regulatory RNA, the riboswitch regulates expression of the target sequence by any suitable mechanism. A non-limiting mechanism is transcriptional regulation by ligand-dependent formation of an intrinsic terminator stem (an extended "stem-loop" structure typically followed by a series of 6 or more U residues) that causes RNA polymerase to abort transcription , for example, before the complete mRNA is formed. In "off" riboswitches, in the absence of sufficient ligand, the unbound aptamer domain allows the formation of an "antiterminator stem", which prevents the formation of the intrinsic terminator stem and thus allows transcription to occur; thus, the default state of the riboswitch is "on" (i.e., transcription occurs normally) and ligand must be added to turn the riboswitch off. In "tethered" riboswitches that use this mechanism, the aptamer domain must be in the bound conformation (ligand occupied) to allow the formation of the "antiterminator stem" and allow transcription. Another mechanism is translational regulation, where ligand binding causes structural changes in full-length mRNAs and thus allows (or prevents) ribosomes from binding to the ribosome binding site (RBS); the formation of an "anti-anti-RBS" trunk and an "anti-RBS" trunk is also mutually exclusive. In "on" riboswitches that use this mechanism, the absence of the ligand allows the formation of an anti-anti-RBS, and thus a structurally unencumbered RBS to which the ribosome can bind. A combination of transcriptional and translational regulation is also possible. For a detailed discussion of regulatory mechanisms, see Mandai & Breaker (2004) Nature Rev. Mol. Cell Biol., 5:451-463.
Em algumas modalidades, o RNA regulatório inclui uma ribozi- ma, por exemplo, uma ribozima de autoclivagem, uma ribozima em forma de cabeça de martelo, ou uma ribozima em forma de grampo. Certas modalida- 10 des do RNA regulatório incluem seqüência de RNA que é complementar ou substancialmente complementar à seqüência alvo. Um exemplo não limitante é onde o RNA regulatório inclui um segmento anti-sentido que é comple- lí . mentar ou substancialmente complementar à seqüência alvo. Vide, por exemplo, Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechnol., 23:337-343, onde o RNA 15 regulatório inclui tanto segmento anti-sentido complementar à seqüência alvo, como um segmento sentido complementar ao segmento anti-sentido, em que o segmento anti-sentido e o segmento sentido são capazes de hibridizar um ao outro para formar um RNA duplo filamento intramolecular.In some embodiments, the regulatory RNA includes a ribozyme, for example, a self-cleaving ribozyme, a hammerhead ribozyme, or a hairpin ribozyme. Certain embodiments of regulatory RNA include RNA sequences that are complementary or substantially complementary to the target sequence. A non-limiting example is where the regulatory RNA includes an antisense segment that is complete. mentary or substantially complementary to the target sequence. See, for example, Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechnol., 23:337-343, where the regulatory RNA 15 includes both an antisense segment complementary to the target sequence, and a sense segment complementary to the antisense segment, in which The antisense segment and the sense segment are capable of hybridizing to each other to form an intramolecular double-stranded RNA.
Em algumas modalidades, a regulação de uma seqüência alvo 20 envolve pareamento de base de Watson-Crick do RNA regulatório à seqüência alvo (por exemplo, em modalidade transatuantes vide, por exemplo, Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechnol., 23:337-343). Particularmente no caso de tais modalidades transatuantes, seqüências alvo adequadas incluem os genes alvo descritos sob o título "Genes Alvo”. Uma seqüência alvo 25 de interesse pode ser atingida mais especificamente por desenhar o RNA regulatório para incluir regiões substancialmente não idênticas a uma seqüência não alvo. Seqüências não-alvo podem incluir qualquer gene para o qual a expressão preferivelmente não é modificada, tanto em uma planta que transcreve o constructo de DNA recombinante como em organismos que 30 podem entrar em contato com o RNA transcrito a partir do constructo de DNA recombinante. Uma seqüência não-alvo pode incluir qualquer seqüência de qualquer espécie (incluindo, mas não limitado a, não-eucariotos tais como bactérias, e vírus; fungos, plantas; incluindo monocotiledôneas e dico- tiledôneas, tais como plantas de cultivo, plantas ornamentais, e plantas não- domesticadas ou selvagens; invertebrados tais como artrópodes, anelídeos, nematódeos, e moluscos; e vertebrados tais como anfíbios, peixes, aves, mamíferos domésticos ou selvagens, ou até mesmo seres humanos).In some embodiments, regulation of a target sequence involves Watson-Crick base pairing of the regulatory RNA to the target sequence (e.g., in transacting embodiments see, e.g., Bayer & Smolke (2005) Nature Biotechnol., 23:337 -343). Particularly in the case of such transacting embodiments, suitable target sequences include the target genes described under the heading "Target Genes." A target sequence of interest can be achieved more specifically by designing the regulatory RNA to include regions substantially non-identical to a sequence not Target sequences can include any gene for which expression is preferably not modified, both in a plant that transcribes the recombinant DNA construct and in organisms that can contact RNA transcribed from the DNA construct. Recombinant A non-target sequence may include any sequence from any species (including, but not limited to, non-eukaryotes such as bacteria, and viruses; fungi, plants; including monocots and dicots, such as crop plants, plants. ornamentals, and non-domesticated or wild plants; invertebrates such as arthropods, annelids, nematodes, and molluscs; and vertebrates such as amphibians, fish, birds, domestic or wild mammals, or even humans).
Uma modalidade fornece uma planta transgênica que tem no seu genoma um constructo de DNA recombinante que inclui DNA capaz de ser transcrito que inclui DNA que transcreve RNA capaz de se ligar a um ligante, em que o constructo confere macho esterilidade ou fertilidade indu- zível ou supressível quimicamente para hibridização. Exemplos preferidos usam um riboswitch que contém um aptâmero que se liga a um ligante que é uma substância já registrada, por exemplo, um herbicida aprovado. Em um exemplo não limitante, uma planta transgênica que carrega um gene de macho esterilidade sob o controle de um promotor macho-específico e um ri-boswitch "desligado" de glifosato é macho estéril a menos que seja aplicado glifosato. Ao contrário, uma planta transgênica que carrega um gene de macho esterilidade sob o controle de um promotor macho-específico e um riboswitch "ligado" de glifosato é macho estéril apenas quando glifosato é aplicado.One embodiment provides a transgenic plant that has in its genome a recombinant DNA construct that includes DNA capable of being transcribed that includes DNA that transcribes RNA capable of binding a ligand, wherein the construct confers male sterility or inducible fertility or chemically suppressible for hybridization. Preferred examples use a riboswitch that contains an aptamer that binds to a ligand that is an already registered substance, for example, an approved herbicide. In a non-limiting example, a transgenic plant that carries a male sterility gene under the control of a male-specific promoter and a glyphosate "off" riboswitch is male sterile unless glyphosate is applied. In contrast, a transgenic plant that carries a male sterility gene under the control of a male-specific promoter and a glyphosate "turned on" riboswitch is male sterile only when glyphosate is applied.
Uma aplicação da invenção é fornecer um sistema resistente a herbicida, ativado por ligante para preservação de identidade gênica ("bloqueio gênico") assim como para manter,controle voluntário resistente a herbicida. Em uma modalidade, a seqüência de DNA que codifica um riboswitch "ligado" é inserida em um cassete de expressão que contém como a seqüência alvo "CP4", um marcador selecionável que confere resistência ao glifosato, epsps~cp4 (5-enolpiruvilchiquimato-3-fosfato sintase da cepa CP4 de Agrobacterium tumefaciens), para expressar condicionalmente CP4 em plantas transgênicas. Plantas transgênicas que carregam o cassete de expressão de CP4 controlado por riboswitch expressam CP4 apenas na presença do ligante, que é aplicado (por exemplo, por uma pulverização foliar) à planta por meio de uma formulação de glifosato específica que contém o ligante. Ao ser aplicado, o herbicida de glifosato formulado ativa a transcri- ção/tradução de CP4 e torna a planta transgênica resistente ao glifosato. Plantas transgênicas são suscetíveis a formulações de glifosato genéricas que não contêm o ligante. Da mesma forma, essa abordagem pode ser aplicada a qualquer outra combinação de gene de resistência a herbici- da/herbicida, por exemplo, combinações de oxigenase que degrada dicam- ba/dicamba, ou gene de resistência a antibiótico/antibiótico.One application of the invention is to provide a ligand-activated, herbicide-resistant system for preserving gene identity ("gene blocking") as well as maintaining voluntary, herbicide-resistant control. In one embodiment, the DNA sequence encoding a "turned on" riboswitch is inserted into an expression cassette that contains as the target sequence "CP4", a selectable marker that confers resistance to glyphosate, epsps~cp4 (5-enolpyruvylshikimate-3 -phosphate synthase from Agrobacterium tumefaciens strain CP4), to conditionally express CP4 in transgenic plants. Transgenic plants carrying the riboswitch-controlled CP4 expression cassette express CP4 only in the presence of the ligand, which is applied (e.g., by a foliar spray) to the plant via a specific glyphosate formulation containing the ligand. When applied, the formulated glyphosate herbicide activates the transcription/translation of CP4 and makes the transgenic plant resistant to glyphosate. Transgenic plants are susceptible to generic glyphosate formulations that do not contain the ligand. Likewise, this approach can be applied to any other herbicide/herbicide resistance gene combinations, for example, dicamba/dicamba degrading oxygenase combinations, or antibiotic/antibiotic resistance gene.
Em outra modalidade, a seqüência alvo é um gene endógeno a uma dada espécie, tal como uma dada planta (tal como, mas não limitado a, plantas agricolamente ou comercialmente importantes, incluindo monocotile- dôneas e dicotiledôneas) e a seqüência não-alvo pode ser, por exemplo, um gene de uma espécie não-alvo, tal como outra espécie de planta ou um gene 10 de um vírus, fungo, bactéria, invertebrado, ou vertebrado ou até mesmo um ser humano. Um exemplo não limitante é onde é desejável desenhar o ap- tâmero, ou o RNA regulatório, ou ambos, a fim de modificar a expressão de uma seqüência alvo que é endógena do gene para uma única espécie (por exemplo, lagarta da raiz do milho Ocidental, Diabrotica virgifera virgifera Le- 15 Conte) mas não modificar a expressão de uma seqüência não-alvo tais como genes de espécies relacionadas, até mesmo intimamente .relacionadas (por exemplo, lagarta da raiz do Norte, Diabrotica barberi Smith & Lawrence, ou lagarta da raiz do milho do Sul, Diabrotica undecimpunctata).In another embodiment, the target sequence is a gene endogenous to a given species, such as a given plant (such as, but not limited to, agriculturally or commercially important plants, including monocots and dicots) and the non-target sequence may be, for example, a gene from a non-target species, such as another plant species or a gene from a virus, fungus, bacteria, invertebrate, or vertebrate or even a human being. A non-limiting example is where it is desirable to design the aptamer, or the regulatory RNA, or both, in order to modify the expression of a target sequence that is endogenous to the gene for a single species (e.g., corn rootworm). Western, Diabrotica virgifera virgifera Le- 15 Conte) but does not modify the expression of a non-target sequence such as genes from related, even closely related, species (e.g., Northern rootworm, Diabrotica barberi Smith & Lawrence, or Southern corn rootworm, Diabrotica undecimpunctata).
Em outras modalidades (por exemplo, onde é desejável modifi- 20 car a expressão de uma seqüência alvo entre várias espécies), pode ser desejável desenhar o aptâmero, ou o RNA regulatório ou ambos, para modificar a expressão de uma seqüência alvo comum às múltiplas espécies nas quais a expressão da seqüência alvo deve ser modificada. Dessa forma, o aptâmero, ou o RNA regulatório, ou ambos, pode ser selecionado para ser 25 específico para um táxon (por exemplo, específico para um gênero, família, ou até mesmo um táxon maior tal como um filo, por exemplo, artrópodes), mas não para outros táxons (por exemplo, plantas ou vertebrados ou mamíferos). Em um exemplo não limitante dessa modalidade, um RNA regulatório pode ser selecionado a fim de atingir fungos patogênicos (por exemplo, um 30 Fusaríum spp.), mas não atingir qualquer seqüência gênica de fungos bené-ficos (por exemplo, fungos benéficos de micorrizas do solo).In other embodiments (e.g., where it is desirable to modify the expression of a target sequence among multiple species), it may be desirable to design the aptamer, or the regulatory RNA, or both, to modify the expression of a target sequence common to multiple species. species in which expression of the target sequence must be modified. In this way, the aptamer, or the regulatory RNA, or both, can be selected to be specific to a taxon (e.g., specific to a genus, family, or even a larger taxon such as a phylum, e.g., arthropods). ), but not for other taxa (e.g. plants or vertebrates or mammals). In a non-limiting example of this embodiment, a regulatory RNA may be selected to target pathogenic fungi (e.g., a Fusarium spp.), but not target any gene sequences of beneficial fungi (e.g., beneficial mycorrhizal fungi). from soil).
Em outro exemplo não limitante dessa modalidade, o aptâmero, ou o RNA regulatório, ou ambos, para regular a expressão em lagarta de raiz do milho podem ser selecionados para ser específicos para todos os membros do gênero Diabrotica. Por exemplo, um RNA regulatório que inclui um elemento de supressão gênica direcionado para Diabrotica (por exemplo, RNA anti-sentido, RNA duplo filamento, microRNA, ou repetições de RNA em tandem) podem ser selecionadas a fim de atingir qualquer seqüência de gene de coleópteros benéficos (por exemplo, besouros coccinelídeos benéficos, comumente conhecidos como joaninhas) ou outras espécies de insetos benéficos. O grau necessário de especificidade de um RNA regulatório que inclui um elemento de supressão gênica (por exemplo, RNA anti-sentido, RNA duplo filamento, microRNA, ou repetições de RNA em tandem) para supressão de uma seqüência alvo depende de vários fatores. Por exemplo, onde o elemento de supressão gênica inclui RNA duplo filamento (dsRNA), fatores podem incluir o tamanho dos menores fragmentos de dsRNA que se espera que sejam produzidos pela ação de Dicer, e a importância relativa de diminuir o potencial de dsRNA’s suprimirem as seqüências não-alvo. Por exemplo, onde os fragmentos de dsRNA são esperados ter 21 pares de base de tamanho, uma modalidade particularmente preferida pode ser incluir no RNA regulatório, uma seqüência capaz de formar dsRNA e codificar regiões substancialmente não-idênticas a uma seqüência não-alvo, tal como regiões dentro das quais cada fragmento contíguo que inclui pelo menos pareamentos de 21 nucleotídeos de menos do que 21 (por exemplo, de menos do que 21, ou de menos do que 20, ou de menos do que 19, ou de menos do que 17) dos 21 nucleotídeos contíguos de uma seqüência não-alvo. Em outra modalidade, regiões substancialmente não-idênticas a uma seqüência não-alvo incluem regiões dentro das quais cada fragmento contíguo que inclui pelo menos pareamentos de 19 nucleotídeos de menos que 19 (por exemplo, menos do que 19, ou menos do que 18, ou menos do que 17, ou menos do que 16) dos 19 nucleotídeos contíguos de uma seqüência não- alvo.In another non-limiting example of this embodiment, the aptamer, or the regulatory RNA, or both, for regulating expression in corn rootworm can be selected to be specific to all members of the genus Diabrotica. For example, a regulatory RNA that includes a gene suppression element targeting Diabrotica (e.g., antisense RNA, double-stranded RNA, microRNA, or tandem RNA repeats) can be selected to target any Diabrotica gene sequence. beneficial coleoptera (e.g., beneficial coccinellid beetles, commonly known as ladybugs) or other beneficial insect species. The necessary degree of specificity of a regulatory RNA that includes a gene suppression element (e.g., antisense RNA, double-stranded RNA, microRNA, or tandem RNA repeats) for suppression of a target sequence depends on several factors. For example, where the gene suppression element includes double-stranded RNA (dsRNA), factors may include the size of the smallest dsRNA fragments expected to be produced by the action of Dicer, and the relative importance of decreasing the potential of dsRNA's to suppress non-target sequences. For example, where dsRNA fragments are expected to be 21 base pairs in size, a particularly preferred embodiment may be to include in the regulatory RNA, a sequence capable of forming dsRNA and encoding regions substantially non-identical to a non-target sequence, such as as regions within which each contiguous fragment that includes at least 21 nucleotide pairings of less than 21 (e.g., of less than 21, or of less than 20, or of less than 19, or of less than 17) of the 21 contiguous nucleotides of a non-target sequence. In another embodiment, regions substantially non-identical to a non-target sequence include regions within which each contiguous fragment that includes at least 19 nucleotide pairings of less than 19 (e.g., less than 19, or less than 18, or less than 17, or less than 16) of the 19 contiguous nucleotides of a non-target sequence.
Em algumas modalidades, pode ser desejável desenhar o aptâmero, o RNA regulatório, ou ambos, para incluir regiões previstas para não gerar polipeptídeos indesejáveis, por exemplo, por rastrear o aptâmero, o RNA regulatório, ou ambos, quanto a seqüências que podem codificar poii- peptídeos indesejáveis conhecidos ou homólogos próximos desses. Polipep- tídeos indesejáveis incluem, mas não são limitados a, polipeptídeos homólogos a polipeptídeos alergênicos conhecidos e polipeptídeos homólogos a 5 toxinas polipeptídicas conhecidas. Seqüências disponíveis publicamente que codificam tais peptídeos potencialmente alergênicos estão disponíveis, por exemplo, a base de dados de alergeno do Food Allergy Research and Re-source Program (FARRP) (disponível em allergenonline.com) ou as bases de dados Biotechnology Information for Food Safety Databases (disponíveis 10 em www.iit.edu/~sgendel/fa.htm) (vide também, por exemplo, Gendel (1998) Adv. Food Nutr. Res.f 42:63-92). Seqüências indesejáveis também podem incluir, por exemplo, aquelas seqüências de polipeptídeo apontadas como toxinas conhecidas ou como alergenos potenciais ou conhecidos e contidas em bases de dados publicamente disponíveis tais como GenBank, EMBL, 15 SwissProt, e outras, que são pesquisáveis pelo sistema Entrez (www.ncbi.nih.gov/Entrez)., Exemplos não limitantes d.e seqüências de peptí- deos potencialmente alergênicos incluem glicinina de soja, oleosina e agluti- nina de amendoim, gluteninas de trigo, caseína, lactalbumina, e lactoglobuli- na de leite bovino e tropomiosina de vários moluscos (allergenonline.com). 20 Exemplos não limitantes de peptídeos potencialmente tóxicos indesejáveis incluem toxina tetânica tetA de Clostridium tetani, toxinas diarréicas de Staphylococcus aureus, e venenos tais como conotoxinas de Conus spp. e neu- rotoxinas de artrópodes e repteis (www.ncbi.nih.gov/Entrez).In some embodiments, it may be desirable to design the aptamer, the regulatory RNA, or both, to include regions predicted not to generate undesirable polypeptides, e.g., by screening the aptamer, the regulatory RNA, or both, for sequences that may encode polypeptides. - known undesirable peptides or close homologues thereof. Undesirable polypeptides include, but are not limited to, polypeptides homologous to known allergenic polypeptides and polypeptides homologous to known polypeptide toxins. Publicly available sequences encoding such potentially allergenic peptides are available, for example, the Food Allergy Research and Re-source Program (FARRP) allergen database (available at allergenonline.com) or the Biotechnology Information for Food Safety databases Databases (available at www.iit.edu/~sgendel/fa.htm) (see also, for example, Gendel (1998) Adv. Food Nutr. Res.f 42:63-92). Undesirable sequences may also include, for example, those polypeptide sequences identified as known toxins or as potential or known allergens and contained in publicly available databases such as GenBank, EMBL, SwissProt, and others, which are searchable by the Entrez system ( www.ncbi.nih.gov/Entrez). Non-limiting examples of potentially allergenic peptide sequences include soy glycinin, peanut oleosin and agglutinin, wheat glutenins, casein, lactalbumin, and milk lactoglobulin. bovine and tropomyosin from various molluscs (allergenonline.com). 20 Non-limiting examples of undesirable potentially toxic peptides include tetanus toxin tetA from Clostridium tetani, diarrheal toxins from Staphylococcus aureus, and venoms such as conotoxins from Conus spp. and neurotoxins from arthropods and reptiles (www.ncbi.nih.gov/Entrez).
Em um exemplo não limitante, um aptâmero proposto, RNA re- 25 gulatório, ou ambos, pode ser rastreado para eliminar aquelas seqüências capazes de ser transcritas que codificam polipeptídeos com homologia perfeita a um alergeno ou toxina conhecida por 8 aminoácidos contíguos, ou com pelo menos 35% de identidade por pelo menos 80 aminoácidos; tais rastreamentos podem ser realizados em qualquer e todas as possíveis fases 30 de leitura em ambas as direções, em fases abertas de leitura potenciais que começam com ATG, ou em todas as possíveis fases abertas de leitura, independente de ser elas começam com um ATG ou não. Quando um '“acerto" ou pareamento é feito, isto é, quando uma seqüência que codifica um poli- peptídeo potencial com homologia perfeita a um alergeno ou toxina conhecida por 8 aminoácidos consecutivos (ou pelo menos cerca de 35% de identidade por pelo menos cerca de 80 aminoácidos), é identificado, as seqüências de ácido nucléico que correspondem ao acerto podem ser evitadas, eli- 5 minadas, ou modificadas ao selecionar seqüências a ser usadas em um RNA para silenciar um gene alvo.In a non-limiting example, a proposed aptamer, regulatory RNA, or both, can be screened to eliminate those sequences capable of being transcribed that encode polypeptides with perfect homology to a known allergen or toxin for 8 contiguous amino acids, or with at least at least 35% identity for at least 80 amino acids; Such scans can be performed on any and all possible open reading phases in both directions, on potential open reading phases that begin with ATG, or on all possible open reading phases, regardless of whether they begin with an ATG or no. When a 'hit' or pairing is made, that is, when a sequence encoding a potential polypeptide with perfect homology to a known allergen or toxin for 8 consecutive amino acids (or at least about 35% identity for at least about 80 amino acids), is identified, the nucleic acid sequences that correspond to the hit can be avoided, eliminated, or modified when selecting sequences to be used in an RNA to silence a target gene.
Evitar, eliminar, ou modificar uma seqüência indesejada pode ser obtido por qualquer um de vários métodos conhecidos daqueles versados na técnica. Em alguns casos, o resultado pode ser novas seqüências que são acreditadas não existirem naturalmente. Por exemplo, evitar certas seqüências pode ser obtido por unir seqüências "limpas" em novas seqüências quiméricas para ser usadas em elemento de supressão gênica. Onde o RNA regulatório inclui RNA duplo filamento (dsRNA) para silenciar um gene alvo, os requerentes reconhecem que em algum silen- ciamento mediado por dsRNA, é possível que seqüências de dsRNA que não pareiam perfeitamente sejam eficazes no silenciamento gênico. Por exemplo, foi mostrado que não pareamentos próximo ao centro de um sítio complementar de miRNA tem efeitos mais fortes sobre o silenciamento gênico do miRNA do que pareamentos localizados mais distalmente. Vide, por exemplo, Figura 4 em Mallory et al. (2004) EMBO J., 23:3356-3364. Em outro exemplo, foi relatado que, tanto a posição de um par de base não parea- do quanto a identidade dos nucleotídeos que formam o não pareamento influenciam a habilidade de um dado siRNA silenciar uma seqüência alvo, e que não pareamentos adenina-citosina, além do par de base oscilante G:U, foram bem-tolerados (vide Du et al. (2005) Nucleic Acids Fies., 33:16711677). Dessa forma, um dsRNA regulatório que inclui RNA duplo filamento não precisa sempre ter 100% de identidade de seqüência com a seqüência alvo pretendida, mas geralmente teria preferivelmente identidade de seqüência substancial com a seqüência alvo pretendida, tal como cerca de 95%, cerca de 90%, cerca de 85%, ou cerca de 80% de identidade de se qüência com a seqüência alvo pretendida. Um versado na técnica seria capaz de julgar a importância dada ao rastreamento por regiões previstas para ser mais altamente específicas à primeira seqüência alvo ou previstas para não gerar polipeptídeos indesejáveis, em relação à importância dada a outros critérios, tais como, mas não limitados a, porcentagem de identidade de seqüência com a primeira seqüência alvo pretendida ou a eficiência de si- lenciamento gênico prevista de uma dada seqüência. Por exemplo, pode ser desejável para um dado RNA regulatório que inclui RNA duplo filamento para silencíamento gênico ser ativo entre várias espécies e, portanto um versado na técnica pode determinar que é mais importante incluir no RNA regulatório regiões específicas para as várias espécies de interesse, mas menos importante rastrear por regiões previstas para ter maior eficiência de silenci- 10 amento gênico ou para regiões previstas para gerar polipeptídeos indesejáveis.Avoiding, eliminating, or modifying an unwanted sequence can be accomplished by any of a number of methods known to those skilled in the art. In some cases, the result may be new sequences that are believed not to exist naturally. For example, avoiding certain sequences can be achieved by splicing "clean" sequences into new chimeric sequences to be used in a gene suppression element. Where regulatory RNA includes double-stranded RNA (dsRNA) to silence a target gene, applicants recognize that in some dsRNA-mediated silencing, it is possible that dsRNA sequences that do not pair perfectly are effective in gene silencing. For example, it has been shown that mismatches near the center of a miRNA complementary site have stronger effects on miRNA gene silencing than pairings located more distally. See, for example, Figure 4 in Mallory et al. (2004) EMBO J., 23:3356-3364. In another example, it was reported that both the position of an unpaired base pair and the identity of the nucleotides forming the unpaired influence the ability of a given siRNA to silence a target sequence, and that non-adenine-cytosine pairings, in addition to the G:U wobble base pair, they were well tolerated (see Du et al. (2005) Nucleic Acids Fies., 33:16711677). Thus, a regulatory dsRNA that includes double-stranded RNA need not always have 100% sequence identity with the intended target sequence, but generally would preferably have substantial sequence identity with the intended target sequence, such as about 95%, about 90%, about 85%, or about 80% sequence identity with the intended target sequence. One skilled in the art would be able to judge the importance given to screening for regions predicted to be more highly specific to the first target sequence or predicted not to generate undesirable polypeptides, relative to the importance given to other criteria, such as, but not limited to, percentage of sequence identity with the first intended target sequence or the predicted gene silencing efficiency of a given sequence. For example, it may be desirable for a given regulatory RNA that includes double-stranded RNA for gene silencing to be active across multiple species, and therefore one of skill in the art may determine that it is more important to include in the regulatory RNA regions specific to the various species of interest. but less important to screen for regions predicted to have greater gene silencing efficiency or for regions predicted to generate undesirable polypeptides.
Em muitas modalidades, a célula de planta transgênica tem no seu genoma DNA recombinante que inclui DNA capaz de ser transcrito que inclui: (a) DNA que transcreve um aptâmero de RNA capaz de se ligar a um ligante, e (b) DNA que transcreve RNA regulatório capaz de regular a ex pressão de uma seqüência alvo, em que a regulação, é dependente da con- .... formação do RNA regulatório, e a conformação do dito RNA regulatório é afetada alostericamente pelo estado de ligação do dito aptâmero de RNA. Nessas modalidades, ligação do aptâmero ao seu ligante resulta em uma alteração específica na expressão da seqüência alvo, que pode ser um aumento ou uma diminuição na expressão, dependendo do desenho do DNA recombinante.In many embodiments, the transgenic plant cell has in its genome recombinant DNA that includes DNA capable of being transcribed that includes: (a) DNA that transcribes an RNA aptamer capable of binding a ligand, and (b) DNA that transcribes Regulatory RNA capable of regulating the expression of a target sequence, in which regulation is dependent on the formation of regulatory RNA, and the conformation of said regulatory RNA is affected allosterically by the binding state of said aptamer. RNA. In these embodiments, binding of the aptamer to its ligand results in a specific change in the expression of the target sequence, which may be an increase or decrease in expression, depending on the design of the recombinant DNA.
Em uma modalidade, a ligação do ligante o aptâmero de RNA resulta em um aumento da expressão da seqüência alvo em relação à ex- 25 pressão na ausência da ligação. Em outra modalidade, a ligação do ligante ao aptâmero de RNA resulta em uma diminuição da expressão da seqüência alvo em relação à expressão na ausência da ligação.In one embodiment, binding of the ligand to the RNA aptamer results in an increase in expression of the target sequence relative to expression in the absence of binding. In another embodiment, binding of the ligand to the RNA aptamer results in a decrease in expression of the target sequence relative to expression in the absence of binding.
Algumas modalidades são caracterizadas por "auto-induci- bilidade". Em tal modalidade, a ligação do ligante ao aptâmero de RNA resul- 30 ta em um aumento de expressão da seqüência alvo em relação à expressão na ausência da ligação, em que o aumento de expressão resulta em um nível do ligante suficiente para manter o aumento de expressão. Em outra modalidade, a ligação do ligante ao aptâmero de RNA resulta em uma diminui- ção de expressão da seqüência alvo em relação a expressão na ausência da ligação, a diminuição da expressão resultando em um nível de ligante suficiente para manter o aumento de expressão.Some modalities are characterized by "self-inducibility". In such an embodiment, ligand binding to the RNA aptamer results in an increase in expression of the target sequence relative to expression in the absence of binding, wherein the increase in expression results in a level of ligand sufficient to maintain the increase. of expression. In another embodiment, binding of the ligand to the RNA aptamer results in a decrease in expression of the target sequence relative to expression in the absence of binding, the decrease in expression resulting in a level of ligand sufficient to maintain the increase in expression.
Dessa forma, outro aspecto da invenção é um método de modificar a expressão de um gene de interesse em uma célula de planta, que inclui transcrever em uma célula de planta transgênica da invenção, ou uma planta, planta de progénie, ou semente ou outro tecido de planta derivado de tal célula de planta transgênica, DNA recombinante ou heterólogo capaz de regular a expressão de uma seqüência alvo, em que a regulação é dependente da conformação do RNA regulatório, e em que a conformação do RNA regulatório é afetada alostericamente pelo estado de ligação do aptâmero de RNA, pelo qual a expressão do gene de interesse é modificada em relação a sua expressão na ausência de transcrição do constructo de DNA recombinante. íntrons: como usado aqui, "íntron" ou "seqüência de íntron" geralmente significa seqüência de DNA não-codificante de um gene natural, que mantém nos constructos de DNA recombinantes dessa invenção, sua capacidade nativa de serem retirados de transcritos de pré-mRNA, por exemplo, seqüências de íntron nativas encontradas associadas com regiões de RNA que codificam proteína, em que os íntrons nativos sofrem entrança- mento, permitindo que éxons sejam agrupados em mRNAs maduros antes do RNA deixar o núcleo. Tal íntron retirável tem um sítio de splice 5’ e um sítio de splice 3’. íntrons podem sofrer "auto-entrançamento" ou não sofrer "auto-entrançamento" (isto é, que requer enzimas ou um spliceossomo para que o entrançamento ocorra) e podem ser selecionados quanto a diferente eficiência de entrançamento. íntrons adequados para uso em constructos da invenção podem ser íntrons virais (por exemplo, Yamada et al. (1994) Nucleic Acids Res., 22:2532-2537), íntrons eucarióticos (incluindo íntrons de animais, de fungos e de plantas), íntrons arqueanos ou bacterianos (por exemplo, Belfort et al. (1995) J. Bacteríol., 177:3897-3903), ou qualquer seqüência de DNA de ocorrência natural ou artificial (por exemplo, Yoshimatsu & Nagawa (1989) Science, 244:1346-1348) com funcionalidade semelhante a íntron na planta na qual o constructo de DNA recombinante da invenção deve ser transcrito. Embora essencialmente qualquer íntron possa ser usado na pratica dessa invenção como um hospedeiro para DNA inserido, particularmente preferidos são introns que aumentam a expressão em uma planta ou introns que são 5 derivados de uma seqüência líder 5’ não traduzida. Quando um constructo de DNA recombinante da invenção é usado para transformar uma planta, introns originados na planta podem ser especialmente preferidos. Exemplos de introns de planta especialmente preferidos incluem um íntron de actina 1 de arroz (I-Os-Act1) (Wang et al. (1992) Mol. Cell Biol., 12:3399-3406; McEI- 10 roy et al. (1990) Plant Cell, 2:163-171), um íntron de proteína do choque térmico de milho (l-Zm-hsp70) (Patentes U.S. 5.593.874 e 5,859.347), e um íntron de álcool desidrogenase de milho (l-Zm-adh1) (Callis etal. (1987) Genes Dev., 1:1183-1200). Outros exemplos de introns adequados para uso na invenção incluem a seqüência líder 5’ do vírus do mosaico do tabaco ou líder 15 "omega" (Gallie & Walbot (1992) Nucleic Acids Res., 20:4631-4638), o íntron Shrunken-1 (Sh-1) (Vasil et al. (1989) Plant Physiol., 91:1575-1579), o íntron de sacarose sintase de milho (Clancy & Hannah (2002) Plant Physiol., 130:918-929), o íntron da proteína de choque térmico 18 (hsp18) (Silva et al. (1987) J. Cell Biol., 105:245), e o íntron da proteína de choque térmico de 82 kilodaltons (hsp82) (Semrau et al. (1989) J. Cell Biol., 109, p. 39A, e Mettler et al. (maio de 1990) N.A.T.O. Advanced Studies Institute on Molecular Bio- . _... logy, Elmer, Bavaria).Accordingly, another aspect of the invention is a method of modifying the expression of a gene of interest in a plant cell, which includes transcribing into a transgenic plant cell of the invention, or a plant, progeny plant, or seed or other tissue. derived from such a transgenic plant cell, recombinant or heterologous DNA capable of regulating the expression of a target sequence, wherein the regulation is dependent on the conformation of the regulatory RNA, and wherein the conformation of the regulatory RNA is affected allosterically by the state of binding of the RNA aptamer, whereby the expression of the gene of interest is modified relative to its expression in the absence of transcription of the recombinant DNA construct. Introns: As used herein, "intron" or "intron sequence" generally means non-coding DNA sequence of a natural gene, which retains in the recombinant DNA constructs of this invention, its native ability to be excised from pre-mRNA transcripts , for example, native intron sequences found associated with protein-coding regions of RNA, in which native introns undergo splicing, allowing exons to be assembled into mature mRNAs before the RNA leaves the nucleus. Such a removable intron has a 5' splice site and a 3' splice site. Introns can undergo "self-braiding" or not undergo "self-braiding" (i.e., requiring enzymes or a spliceosome for splicing to occur) and can be selected for different splicing efficiency. Suitable introns for use in constructs of the invention may be viral introns (e.g., Yamada et al. (1994) Nucleic Acids Res., 22:2532-2537), eukaryotic introns (including animal, fungal and plant introns), archaeal or bacterial introns (e.g., Belfort et al. (1995) J. Bacteríol., 177:3897-3903), or any naturally occurring or artificial DNA sequence (e.g., Yoshimatsu & Nagawa (1989) Science, 244 :1346-1348) with intron-like functionality in the plant in which the recombinant DNA construct of the invention is to be transcribed. Although essentially any intron can be used in the practice of this invention as a host for inserted DNA, particularly preferred are introns that increase expression in a plant or introns that are derived from a 5' untranslated leader sequence. When a recombinant DNA construct of the invention is used to transform a plant, introns originating in the plant may be especially preferred. Examples of especially preferred plant introns include a rice actin 1 intron (I-Os-Act1) (Wang et al. (1992) Mol. Cell Biol., 12:3399-3406; McEI-roy et al. ( 1990) Plant Cell, 2:163-171), an intron of corn heat shock protein (l-Zm-hsp70) (U.S. Patents 5,593,874 and 5,859,347), and an intron of corn alcohol dehydrogenase (l-Zm -adh1) (Callis etal. (1987) Genes Dev., 1:1183-1200). Other examples of introns suitable for use in the invention include the tobacco mosaic virus 5' leader sequence or "omega" leader 15 (Gallie & Walbot (1992) Nucleic Acids Res., 20:4631-4638), the Shrunken- 1 (Sh-1) (Vasil et al. (1989) Plant Physiol., 91:1575-1579), the maize sucrose synthase intron (Clancy & Hannah (2002) Plant Physiol., 130:918-929), the heat shock protein intron 18 (hsp18) (Silva et al. (1987) J. Cell Biol., 105:245), and the heat shock protein 82 kilodalton intron (hsp82) (Semrau et al. ( 1989) J. Cell Biol., 109, p. 39A, and Mettler et al. (May 1990) N.A.T.O. Institute on Molecular Biology, Elmer, Bavaria).
Elementos de expressão gênica: os constructos de DNA recom-binantes podem ainda incluir um elemento de expressão gênica. Qualquer 25 gene ou genes de interesse podem ser expressos pelo elemento de expressão gênica, incluindo seqüência codificante ou não codificante, ou ambas, e pode incluir seqüências de ocorrência natural ou seqüências artificiais ou quiméricas ou ambas. Quando o elemento de expressão gênica codifica uma proteína, tais constructos incluem preferivelmente um elemento terminador 30 funcional para permitir a transcrição e tradução do elemento de expressão gênica. Em modalidades que incluem plantas transgênicas indutivamente estéreis, o elemento de expressão gênica pode incluir, ou pode estar junto, ao RNA mensageiro que codifica uma proteína de tolerância a um herbicida.Gene expression elements: Recombinant DNA constructs may further include a gene expression element. Any gene or genes of interest may be expressed by the gene expression element, including coding or non-coding sequences, or both, and may include naturally occurring sequences or artificial or chimeric sequences or both. When the gene expression element encodes a protein, such constructs preferably include a functional terminator element to allow transcription and translation of the gene expression element. In embodiments that include inductively sterile transgenic plants, the gene expression element may include, or may be co-located with, messenger RNA encoding a herbicide tolerance protein.
Em modalidades em que o constructo de DNA recombinante contém um íntron, o constructo pode ainda incluir um elemento de. expressão gênica para expressar pelo menos um gene de interesse, em que o elemento de expressão gênica está localizado adjacente ao íntron. Em outras mo- 5 dalidades, o constructo de DNA recombinante inclui um íntron no qual está inserido um gene de interesse, em que o elemento de expressão gênica também está localizado dentro do íntron; em tais casos, o elemento de expressão gênica pode ser operativamente ligado a um elemento terminador funcional que está ele próprio também dentro do íntron. O gene de interesse 10 a ser expressão pelo elemento de expressão gênica pode incluir pelo menos um gene selecionado a partir do grupo que consiste em um gene alvo euca- riótico, um gene alvo não-eucariótico, uma seqüência de DNA precursora de microRNA. O gene de interesse pode incluir um único gene ou múltiplos genes (tais como múltiplas copias de um único gene, múltiplos alelos de um 15 único gene, ou múltiplos genes que incluem genes de múltiplas espécies).In embodiments in which the recombinant DNA construct contains an intron, the construct may further include an element. gene expression to express at least one gene of interest, wherein the gene expression element is located adjacent to the intron. In other embodiments, the recombinant DNA construct includes an intron into which a gene of interest is inserted, wherein the gene expression element is also located within the intron; in such cases, the gene expression element can be operatively linked to a functional terminator element that is itself also within the intron. The gene of interest 10 to be expressed by the gene expression element may include at least one gene selected from the group consisting of a eukaryotic target gene, a non-eukaryotic target gene, a microRNA precursor DNA sequence. The gene of interest may include a single gene or multiple genes (such as multiple copies of a single gene, multiple alleles of a single gene, or multiple genes that include genes from multiple species).
Em uma modalidade, o elemento de expressão gênica pode incluir seqüências de peptídeo auto-hidrolizantes, por exemplo, localizadas entre múltiplas seqüências codificantes para um ou mais polipeptídeos (vide, por exemplo, as seqüências de autoclivagem 2A e "semelhante a 2A" de várias espécies, 20 incluindo vírus, tripanossomas, e bactérias, descritas por Donnelly et al. (2001), J. Gen. Viro!., 82:1027-1041). Em outra modalidade, o elemento de expressão gênica pode incluir seqüências de "salto" ribossomal, por exemplo, localizadas entre múltiplas seqüências para um ou mais polipeptídeos (vide, por exemplo, as seqüências de "salto" ribossomal 2A do aftovírus da 25 doença aftosa (FMDV) descritas por Donnelly et al. (2001), J. Gen. Virol., 82:1013-1025). Um gene de interesse pode incluir qualquer seqüência codificante ou não-codificante de qualquer espécie (incluindo, mas não limitado, não- eucariotos tais como bactérias e vírus; fungos; plantas, incluindo monocoti- 30 ledôneas e dicotiledôneas, tais como planta de cultivo, plantas ornamentais, e plantas não domesticadas ou selvagens; invertebrados tais como artrópodes, anelídeos, nematódeos, e moluscos; e vertebrados tais como anfíbios, peixe, aves, e mamíferos. Exemplos não limitantes de uma seqüência não- codificante a ser expressa por um elemento de expressão gênica incluem, mas não limitados a, regiões 5’ não traduzidas, promotores, intensificadores, ou outras regiões transcricionais não-codificantes, regiões 3’ não-traduzidas, termínadores, íntron, microRNAs, seqüências de DNA precursoras de mi- croRNA, pequenos RNAs de interferência, componentes de RNA de ribos- somos ou ribozimas, pequenos RNAs nucleolares, e outros RNAs não codifi- cantes. Exemplos não limitantes de um gene de interesse ainda incluem, mas não são limitados a, seqüência capaz de ser traduzida (codificante), tais como genes que codificam fatores de transcrição e genes que codificam en- 10 zimas envolvidas na biossíntese ou catabolismo de moléculas de interesse (tais como aminoácidos, ácidos graxos e outros lipídios, açúcares e outros carboidratos, polímeros biológicos, e metabólitos de origem biossintética mista). Um gene de interesse pode ser um gene nativo à planta na qual o constructo de DNA recombinante da invenção deve ser transcrito, ou pode 15 ser um gene não nativo. Um gene de interesse pode ser um gene marcador, por exemplo, um gene marcador selecionável que codifica um gene.de. resis- tência a antibiótico, antifúngico, ou herbicida ou um gene marcador que codifica uma característica facilmente detectável (por exemplo, fitoeno sintase ou outros genes que conferem um pigmento particular à planta), ou um gene 20 que codifica uma molécula detectável, tal como uma proteína fluorescente, luciferase, ou um polipeptídeo único ou ''sinalizador11 de ácido nucléico detectável por métodos de detecção de proteína ou ácido nucléico, respectivamente). Marcadores selecionáveis são genes de interesse de utilidade particular em identificar processamento bem sucedido de constructos da inven-ção.In one embodiment, the gene expression element may include self-hydrolyzing peptide sequences, for example, located between multiple coding sequences for one or more polypeptides (see, for example, the 2A and "2A-like" self-cleavage sequences of various species, 20 including viruses, trypanosomes, and bacteria, described by Donnelly et al (2001), J. Gen. Viro!., 82:1027-1041). In another embodiment, the gene expression element may include ribosomal "jumping" sequences, for example, located between multiple sequences for one or more polypeptides (see, for example, the 2A ribosomal "jumping" sequences of the foot-and-mouth disease aphthovirus (FMDV) described by Donnelly et al. (2001), J. Gen. Virol., 82:1013-1025). A gene of interest may include any coding or non-coding sequence from any species (including, but not limited to, non-eukaryotes such as bacteria and viruses; fungi; plants, including monocotyledons and dicots, such as crop plants, ornamental plants, and non-domesticated or wild plants; invertebrates such as arthropods, annelids, nematodes, and molluscs; and vertebrates such as amphibians, fish, birds, and mammals. of gene expression include, but not limited to, 5' untranslated regions, promoters, enhancers, or other non-coding transcriptional regions, 3' untranslated regions, terminators, introns, microRNAs, microRNA precursor DNA sequences, small interfering RNAs, RNA components of ribosomes or ribozymes, small nucleolar RNAs, and other non-coding RNAs. Non-limiting examples of a gene of interest further include, but are not limited to, sequence capable of being translated ( coding), such as genes encoding transcription factors and genes encoding enzymes involved in the biosynthesis or catabolism of molecules of interest (such as amino acids, fatty acids and other lipids, sugars and other carbohydrates, biological polymers, and metabolites of mixed biosynthetic origin). A gene of interest may be a gene native to the plant in which the recombinant DNA construct of the invention is to be transcribed, or it may be a non-native gene. A gene of interest may be a marker gene, for example, a selectable marker gene encoding a gene.de. antibiotic, antifungal, or herbicide resistance or a marker gene that encodes an easily detectable characteristic (e.g., phytoene synthase or other genes that confer a particular pigment to the plant), or a gene that encodes a detectable molecule, such as a fluorescent protein, luciferase, or a single polypeptide or nucleic acid "flag" detectable by protein or nucleic acid detection methods, respectively). Selectable markers are genes of interest of particular utility in identifying successful processing of constructs of the invention.
Em algumas modalidades da invenção, os constructos de DNA recombinante são desenhados para suprimir pelo menos um gene endógeno ou exógeno e para expressar simultaneamente pelo menos um gene exógeno. Em um exemplo não limitante, o constructo de DNA recombinante inclui 30 um elemento de supressão gênica para suprimir um gene de lisina cetogluta- rato redutase/sacaropina desidrogenase (LKfí/SDH) (de milho) endógeno, um elemento de expressão gênica para expressar uma proteína ácido dii- drodipicolínico sintase (bacteriana) exógena, e um DNA que transcreve RNA que inclui: (a) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é expresso especificamente em tecido reprodutivo da planta; e (b) RNA mensageiro que codifica epsps-CP4, em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão de epsps- CP4 no tecido reprodutivo, e em que a esterilidade da planta transgênica é induzível pela aplicação de glifosato à planta. Tal constructo seria especialmente útil para fornecer milho com níveis aumentados de lisina e tolerância geral de glifosato, em que a esterilidade do milho é induzível pela aplicação de glifosato no(s) momento(s) do desenvolvimento apropriado(s). Em outro exemplo não limitante, o constructo de DNA recombinante inclui um elemento de supressão gênica para suprimir um gene de lagarta de raiz do milho, e DNA que transcreve RNA que inclui: (a) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é expresso especificamente em tecido reprodutivo da planta; e (b) RNA mensageiro que codifica epsps-CP4, em que o miRNA maduro suprime especifi-camente a expressão de epsps-CP4 no tecido reprodutivo, e em que a esterilidade da planta transgênica é induzível pela aplicação de glifosato à planta. Tal constructo seria especialmente útil para fornecer milho com resistência à lagarta da raiz de milho e tolerância geral de glifosato em que a esterilidade do milho é induzível pela aplicação de glifosato no(s) momento(s) do desenvolvimento apropriado(s).In some embodiments of the invention, recombinant DNA constructs are designed to suppress at least one endogenous or exogenous gene and to simultaneously express at least one exogenous gene. In a non-limiting example, the recombinant DNA construct includes a gene suppression element for suppressing an endogenous lysine ketoglutarate reductase/saccharopine dehydrogenase (LKfi/SDH) gene (from maize), a gene expression element for expressing a exogenous (bacterial) dihydrodipicolinic acid synthase protein, and a DNA that transcribes RNA that includes: (a) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in plant reproductive tissue; and (b) messenger RNA encoding epsps-CP4, in which the mature miRNA specifically suppresses the expression of epsps-CP4 in reproductive tissue, and in which sterility of the transgenic plant is inducible by application of glyphosate to the plant. Such a construct would be especially useful for providing corn with increased lysine levels and general glyphosate tolerance, where corn sterility is inducible by application of glyphosate at the appropriate developmental time(s). In another non-limiting example, the recombinant DNA construct includes a gene suppression element for suppressing a corn rootworm gene, and DNA that transcribes RNA that includes: (a) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in plant reproductive tissue; and (b) messenger RNA encoding epsps-CP4, in which the mature miRNA specifically suppresses the expression of epsps-CP4 in reproductive tissue, and in which the sterility of the transgenic plant is inducible by the application of glyphosate to the plant. Such a construct would be especially useful for providing corn with corn rootworm resistance and general glyphosate tolerance in which corn sterility is inducible by application of glyphosate at the appropriate developmental time(s).
Bordas de T-DNA: as bordas de T-DNA referem-se às seqüências de DNA ou regiões de DNA que definem o início e o final de um T-DNA de Agrobacterium T-DNA (DNA de tumor) e funcionam in cis para transferência de T-DNA no genoma de uma planta por transformação mediada por Agrobacterium (vide, por exemplo, Hooykaas & Schilperoort (1992) Plant Mol. Biol., 19:15-38). Várias modalidades incluem constructo de DNA recombinante sem bordas de T-DNA, uma única borda de T-DNA, ou mais do que uma borda de T-DNA. Por exemplo, em modalidades onde o constructo de DNA recombinante inclui um íntron no qual um elemento de supressão gênica está inserido, o íntron está localizado preferivelmente entre um par de bordas de T-DNA, que podem ser um grupo de bordas de T-DNA esquerda e direita, um grupo de duas bordas de T-DNA esquerdas, ou um grupo de du- as bordas de T-DNA direitas. Em outra modalidade, o constructo de DNA recombinante inclui uma única borda de T-DNA, um elemento de supressão gênica inserido em íntron, e pelo menos um elemento de expressão gênica. Terminadores: muitas modalidades, particularmente onde o 5 constructo de DNA recombinante é projetado para ser transcrito em RNA mensageiro, incluem tanto um elemento promotor quanto um elemento terminador funcional que inclui um sinal de poliadenilação funcional e um sítio de poliadenilação, permitindo que o RNA transcrito a partir do constructo de DNA recombinante seja poliadenilado e processado para transporte para 10 dentro do citoplasma.T-DNA Edges: T-DNA edges refer to the DNA sequences or DNA regions that define the beginning and end of an Agrobacterium T-DNA (tumor DNA) and function in cis to transfer of T-DNA into a plant genome by Agrobacterium-mediated transformation (see, for example, Hooykaas & Schilperoort (1992) Plant Mol. Biol., 19:15-38). Various embodiments include recombinant DNA constructs without T-DNA borders, a single T-DNA border, or more than one T-DNA border. For example, in embodiments where the recombinant DNA construct includes an intron into which a gene suppression element is inserted, the intron is preferably located between a pair of T-DNA edges, which may be a group of T-DNA edges. left and right, a group of two left T-DNA borders, or a group of two right T-DNA borders. In another embodiment, the recombinant DNA construct includes a single T-DNA border, an intron-inserted gene suppression element, and at least one gene expression element. Terminators: Many embodiments, particularly where the recombinant DNA construct is designed to be transcribed into messenger RNA, include both a promoter element and a functional terminator element that includes a functional polyadenylation signal and a polyadenylation site, allowing the transcribed RNA from the recombinant DNA construct is polyadenylated and processed for transport into the cytoplasm.
Em modalidades gerais como descritas sob o título "Constructos (i de DNA Recombinantes que Incluem Sítios de Reconhecimento de MicroRNA", um elemento terminador funcional pode estar presente ou ausente. Em modalidades onde um elemento terminador funcional está ausente, pelo me- 15 nos um de um sinal de poliadenilação funcional e um sítio de poliadenilação funcional está ausente. Em outras modalidades, uma região 3’ não traduzida está ausente. Nesses casos, o constructo de DNA recombinante é transcrito como RNA não-poliadenilado e preferivelmente não é transportado para dentro do citoplasma.In general embodiments as described under the heading "Constructs (i.e. of Recombinant DNA that Include MicroRNA Recognition Sites), a functional terminator element may be present or absent. In embodiments where a functional terminator element is absent, at least one of a functional polyadenylation signal and a functional polyadenylation site is absent. In other embodiments, a 3' untranslated region is absent. In these cases, the recombinant DNA construct is transcribed as non-polyadenylated RNA and is preferably not transported into. of the cytoplasm.
DNA espaçador: segmentos de DNA espaçador podem incluir virtualmente qualquer DNA (tal como, mas não limitado a, seqüência de DNA capaz de ser transcrita que codifica um gene de interesse, seqüência de DNA capaz de ser transcrita que codifica um gene marcador ou repórter; DNA capaz de ser transcrito derivado de um íntron, que na transcrição pode ser retirado do RNA transcrito resultante; DNA capaz de ser transcrito que codifica RNA que forma uma estrutura tal como uma alça ou "stem" ou um aptâmero capaz de se ligar a um ligante específico; DNA que pode sofrer entrançamento tais como íntrons e ribozimas que sofrem "auto-entrançamento"; DNA capaz de ser transcrito que codifica uma seqüência para de- 30 tecção por hibridização de ácido nucléico, amplificação, ou seqüenciamento; e uma combinação desses). DNA espaçador pode ser encontrado, por e- xemplo, adjacente a um elemento de expressão gênica. Em algumas modalidades, o DNA espaçador é em si seqüência sentido ou anti-sentido do gene alvo. Em algumas modalidades preferidas, o RNA transcrito a partir do DNA espaçador (por exemplo, uma grande alça de seqüência anti-sentido do gene alvo ou um aptâmero) assume uma estrutura secundaria ou configuração tridimensional que confere ao transcrito uma característica desejada, tal como estabilidade aumentada, meia-vida in vivo aumentada, ou especificidade de célula ou tecido.Spacer DNA: Spacer DNA segments may include virtually any DNA (such as, but not limited to, transcribeable DNA sequence encoding a gene of interest, transcribeable DNA sequence encoding a marker or reporter gene; Transcribeable DNA derived from an intron, which on transcription can be excised from the resulting transcribed RNA; transcribed DNA that encodes RNA that forms a structure such as a loop or "stem" or an aptamer capable of binding to an intron. specific ligand; DNA that can undergo splicing such as introns and ribozymes that undergo "self-twisting"; DNA capable of being transcribed that encodes a sequence for detection by nucleic acid hybridization, amplification, or sequencing; ). Spacer DNA can be found, for example, adjacent to a gene expression element. In some embodiments, the spacer DNA is itself the sense or antisense sequence of the target gene. In some preferred embodiments, the RNA transcribed from spacer DNA (e.g., a large loop of antisense sequence from the target gene or an aptamer) assumes a secondary structure or three-dimensional configuration that confers on the transcript a desired characteristic, such as stability. increased, increased in vivo half-life, or cell or tissue specificity.
Os constructos de DNA recombinante da presente invenção podem ser feitos por qualquer método adequado para a aplicação pretendida, levando em consideração, por exemplo, o tipo de expressão desejada e a conveniência de uso na planta na qual o constructo deve ser transcrito. Métodos comuns para fazer e usar constructos de DNA e vetores são bem- conhecidos na técnica e descritos em detalhes, por exemplo, em compêndios e manuais de laboratório incluindo Sambrook & Russell, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual" (terceira edição), Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, 2001. Um exemplo de tecnologia útil para construção de constructos de DNA e vetores para transformação está descrito na Publicação de Pedido de Patente US 2004/0115642 A1. Constructos de DNA também podem ser construídos usando a tecnologia de clonagem GATEWAY™ (disponibilizada por Invitrogen Life Technologies, Carlsbad, CA), que usa a reação de clonagem de recombinase LR sítio-específica do sistema Integrase/aftda construção do vetor de bacteriófago lambda, ao invés de endonucleases de restrição e ligases. A reação de clonagem LR está descrita nas Patentes U.S. 5.888.732 e 6.277.608 e nas Publicações de Pedido de Patente U.S. 2001/283529, 2001/282319 e 2002/0007051. O Manual de Instruções da Tecnologia de Clonagem GATEWAY™, que também é fornecido pela Invitrogen, fornece instruções resumidas para clonagem de rotina de qualquer DNA desejado em um vetor que compreende elementos de expressão em planta operáveis. Outro método alternativo de fabricação de vetor emprega a clonagem independente de ligação como descrita por Aslandis et al. (1990) Nucleic Acids Res., 18:6069-6074 e Rashtchian et al. (1992) Biochem., 206:91-97, onde um fragmento de DNA com terminações 5’ e 3’ de filamento simples é ligado a um vetor desejado que pode então ser amplificado in vivo.The recombinant DNA constructs of the present invention can be made by any method suitable for the intended application, taking into account, for example, the type of expression desired and the convenience of use in the plant in which the construct is to be transcribed. Common methods for making and using DNA constructs and vectors are well known in the art and described in detail, for example, in textbooks and laboratory manuals including Sambrook & Russell, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual" (third edition), Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, 2001. An example of useful technology for constructing DNA constructs and vectors for transformation is described in US Patent Application Publication 2004/0115642 A1. DNA constructs can also be constructed using GATEWAY™ cloning technology (available from Invitrogen Life Technologies, Carlsbad, CA), which uses the site-specific LR recombinase cloning reaction of the Integrase/aft system for lambda bacteriophage vector construction, rather than restriction endonucleases and ligases. The LR cloning reaction is described in U.S. Patents 5,888,732 and 6,277,608 and in U.S. Patent Application Publications 2001/283529, 2001/282319 and 2002/0007051. The GATEWAY™ Cloning Technology Instruction Manual, which is also provided by Invitrogen, provides summary instructions for routine cloning of any desired DNA into a vector comprising operable plant expression elements. Another alternative vector manufacturing method employs ligation-independent cloning as described by Aslandis et al. (1990) Nucleic Acids Res., 18:6069-6074 and Rashtchian et al. (1992) Biochem., 206:91-97, where a DNA fragment with single-stranded 5' and 3' ends is ligated to a desired vector that can then be amplified in vivo.
Em certas modalidades, a seqüência de DNA do constructo de DNA recombinante inclui uma seqüência que teve otimização de códon para a planta na qual o constructo de DNA recombinante deve ser expresso. Por exemplo, um constructo de DNA recombinante a ser expresso em uma planta pode ter toda ou parte de sua seqüência (por exemplo, o primeiro elemento de supressão gênica ou o elemento de expressão gênica) com otimização de códon para expressão em uma planta por métodos conhecidos na técnica. Vide, por exemplo, Patente U.S. 5.500.365 para uma descrição de otimização de códon para plantas; vide também De Amicis & Marchetti (2000) Nucleic Acid Res., 28:3339-3346.In certain embodiments, the DNA sequence of the recombinant DNA construct includes a sequence that has been codon optimized for the plant in which the recombinant DNA construct is to be expressed. For example, a recombinant DNA construct to be expressed in a plant may have all or part of its sequence (e.g., the first gene suppression element or the gene expression element) codon optimized for expression in a plant by methods known in the art. See, for example, U.S. Patent 5,500,365 for a description of codon optimization for plants; see also De Amicis & Marchetti (2000) Nucleic Acid Res., 28:3339-3346.
Um aspecto adicional dessa invenção fornece uma célula de planta transgênica que tem no seu genoma qualquer um dos constructos de DNA recombinante fornecidos por essa invenção. Ainda é fornecida uma planta transgênica que contem célula de planta transgênica dessa invenção. A planta transgênica da invenção inclui plantas em qualquer estágio de desenvolvimento e inclui uma planta regenerada preparada a partir de células transgênicas de planta aqui reivindicadas ou uma planta de progénie (que pode ser uma planta de progénie natural ou híbrida) da planta regenerada ou semente de tal planta transgênica. Também fornecida e reivindicada é uma semente transgênica que tem no seu genoma qualquer um dos constructos de DNA recombinante fornecidos por essa invenção.A further aspect of this invention provides a transgenic plant cell that has in its genome any of the recombinant DNA constructs provided by this invention. A transgenic plant containing transgenic plant cells of this invention is further provided. The transgenic plant of the invention includes plants at any stage of development and includes a regenerated plant prepared from the transgenic plant cells claimed herein or a progeny plant (which may be a natural or hybrid progeny plant) of the regenerated plant or seed of such a transgenic plant. Also provided and claimed is a transgenic seed that has in its genome any of the recombinant DNA constructs provided by this invention.
Uma modalidade inclui uma planta transgênica que tem no seu genoma um constructo de DNA recombinante que transcreve RNA que inclui: (a) pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é especificamente expresso em tecido reprodutivo da planta (ou seja, uma planta preparada a partir de célula de planta transgênica); e (b) RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um herbicida; em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo, e em que a esterilidade de uma planta transgênica preparada a partir da célula de planta transgênica é induzível pela aplicação do herbicida à planta.One embodiment includes a transgenic plant that has in its genome a recombinant DNA construct that transcribes RNA that includes: (a) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in reproductive tissue of the plant (or that is, a plant prepared from a transgenic plant cell); and (b) messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a herbicide; wherein the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in reproductive tissue, and wherein the sterility of a transgenic plant prepared from the transgenic plant cell is inducible by application of the herbicide to the plant.
A célula de planta transgênica pode ser uma célula de planta isolada (por exemplo, células de planta individuais ou células cultivadas em ou sobre um meio de cultura artificial) ou pode ser uma célula de planta em tecido não diferenciado (por exemplo, calo ou qualquer agregado de células de planta). A célula de planta transgênica pode ser uma célula de planta em pelo menos um tecido diferenciado selecionado a partir do grupo que consiste em folha (por exemplo, pecíolo e limbo), raiz, tronco (por exemplo, tubérculo, rizoma, estolho, bulbo e cormo), caule (por exemplo, xilema e floema), madeira, semente, fruto (por exemplo, noz, grão, frutas frescas) e flor (por exemplo, estame, filamento, antera, pólen, carpelo, pistilo, ovário, óvulos).The transgenic plant cell may be an isolated plant cell (e.g., individual plant cells or cells grown in or on an artificial culture medium) or may be a plant cell in undifferentiated tissue (e.g., callus or any plant cell aggregate). The transgenic plant cell may be a plant cell in at least one differentiated tissue selected from the group consisting of leaf (e.g., petiole and blade), root, stem (e.g., tuber, rhizome, stolon, bulb and corm), stem (e.g. xylem and phloem), wood, seed, fruit (e.g. nut, grain, fresh fruit) and flower (e.g. stamen, filament, anther, pollen, carpel, pistil, ovary, ovules ).
A célula de planta transgênica ou planta transgênica da invenção pode ser qualquer célula de planta ou planta de interesse, tanto as células de planta transitoriamente transformadas quanto as estavelmente transformadas são abrangidas por essa invenção. Plantas transgênicas estavelmente transformadas são particularmente preferidas. Em muitas modalidades preferidas, a planta transgênica é uma planta transgênica fértil da qual a semente pode ser colhida e a invenção ainda reivindica semente transgênica de tais plantas transgênicas, em que a semente preferivelmente também contém o constructo recombinante dessa invenção.The transgenic plant cell or transgenic plant of the invention can be any plant cell or plant of interest, both transiently transformed and stably transformed plant cells are encompassed by this invention. Stably transformed transgenic plants are particularly preferred. In many preferred embodiments, the transgenic plant is a fertile transgenic plant from which the seed can be harvested and the invention further claims transgenic seed from such transgenic plants, wherein the seed preferably also contains the recombinant construct of this invention.
Quando um constructo de DNA recombinante é usado para produzir uma célula de planta transgênica, planta transgênica ou semente transgênica dessa invenção, a transformação pode incluir qualquer um dos métodos e composições bem-conhecidos e demonstrados. Métodos adequados para transformação de planta incluem virtualmente qualquer método pelo qual o DNA pode ser introduzido em uma célula, tal como por liberação direta de DNA (por exemplo, transformação de protoplastos mediada por PEG, por eletroporação, por agitação com fibras de carboneto de silicone, e por aceleração de partículas revestidas com DNA), por transformação mediada por Agrobacterium, por vetores virais e outros, etc. Um método preferido de transformação de planta é o bombardeio com micro-projéteis, por exemplo, como ilustrado nas Patentes U.S. 5.015.580 (soja), 5.550.318 (milho), 5.538.880 (milho), 6.153.812 (trigo), 6.160.208 (milho), 6.288.312 (arroz) e 6.399.861 (milho) e 6.403.865 (milho). Outro método preferido de transformação de planta é a transformação mediada por Agrobacterium. Em uma modalidade preferida da invenção, a célula de planta transgênica da invenção é obtida pela transformação por meio de Agrobacterium que contem um sistema de plasm ideo Ti 5 binário, em que o Agrobacterium carrega um primeiro plasmídeo Ti e um segundo plasmídeo, quimérico que contém pelo menos uma borda de T-DNA de um plasmídeo Ti selvagem, um promotor funcional na célula de planta transformada e operativamente ligado a um constructo de supressão gênica da invenção. Vide, por exemplo, o sistema binário descrito na Patente U.S. 5.159.135. Vide também De Framond (1983) Biotechnology, 1:262-269; e Hoekema et al., (1983) Nature, 303:179. Em tal sistema binário, o menor plasmídeo, contendo a borda ou bordas de T-DNA, pode ser convenientemente construído e manipulado em um hospedeiro alternativo adequado, tal como E coli, e então transferido para Agrobacterium. Procedimentos detalhados para transformação de plantas medi ada por Agrobacterium, especialmente plantas de cultivo, incluem, por exemplo, os procedimentos descritos nas Patentes U.S. 5.004.863, 5.159.135, e 5.518.908 (algodão); 5.416.011, 5.569.834, 5.824.877 e 6.384.301 (soja); 5.591.616 (milho); 5.981.840 (milho); 5.463.174 (brássi- cas). Métodos similares foram relatados para muitas espécies de planta, tanto dicotiledôneas como monocotiledôneas, incluindo, entre outras, amendoim (Cheng et al. (1996) Plant Cell Rep., 15: 653); aspargo (Bytebier et al. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 84:5345); cevada (Wan & Lemaux (1994) Plant Physiol., 104:37); arroz (Toriyama et al. (1988) Bio/Technology, 6:10; Zhang et al. (1988) Plant Cell Rep., 7:379; trigo (Vasil et al. (1992) Bio/Technology,10:667; Becker etal. (1994) Plant J. , 5:299), alfalfa (Masoud et al. (1996) Transgen. Res., 5:313); e tomate (Sun et al. (2006) Plant Cell Physiol., 47:426-431). Vide também a Publicação de Pedido de Patente U.S. 2003/0167537 A1 para uma descrição de vetores, métodos de transforma- ção e produção de plantas transformadas de Arabidopsis thaliana onde os fatores de transcrição são expressos constitutivamente por um promotor de CaMV35S. Células de plantas transgênicas e plantas transgênicas também podem ser obtidas por transformação com outros vetores, tais como, mas não limitados a vetores virais (por exemplo, potivírus "etch” do tabaco (TEV), vírus do mosaico estriado da cevada (BSMV) e os vírus referenciados em Edwardson & Christie, "The Potyvirus Group: Monograph No. 16, 1991, A- gric. Exp. Station, Univ, da Flórida), plasmídeos, cosmídeos, YACs (cromossomos artificiais de levedura), BACs (cromossomos artificiais bacterianos) ou qualquer outro vetor de clonagem adequado, quando usado com um protocolo de transformação apropriado, por exemplo, infecção bacteriana (por exemplo, com Agrobacteríum como descrito acima), constructos de cromossomo artificial bacteriano binário, liberação direta de DNA (por exemplo, através de transformação mediada por PEG, absorção de DNA mediada por dessecação/inibição, eletroporação, agitação com fibras de carboneto de silicone e bombardeio de microprojéteis). Ficará claro para o versado na técnica que várias metodologias de transformação podem ser usadas e modificadas para a produção de plantas transgênicas estáveis a partir de qualquer quantidade de espécies de plantas de interesse. Métodos de transformação para fornecer células transgênicas de planta e plantas transgênicas contendo DNA recombinante estavelmente integrado são praticados preferivelmente em cultura de tecido em meio e em um ambiente controlado. "Meio" refere-se às várias misturas de nutrientes que são usadas para cultivar células in vitro, ou seja, fora do organismo vivo intacto. Células alvo receptoras incluem, mas não estão limitadas a células do meristema, calo, embriões imaturos ou partes de embriões, células de gametas tais como micrósporos, pólen, esperma e células de óvulos. Qualquer célula a partir da qual uma planta fértil pode ser regenerada é contemplada como célula receptora útil para a prática da invenção. Calo pode ser iniciado a partir de várias fontes de tecidos, incluindo, mas não limitado a embriões imaturos ou partes de embriões, meristemas apicais de plântulas, microsporos e semelhantes. Aquelas células que são capazes de proliferar como calo podem servir como células receptoras para transformação genética. Métodos práticos e materiais de transformação para produzir as plantas transgênicas dessa invenção (por exemplo, vários meios e células alvo receptoras, transformação de embriões imaturos e subsequente regeneração de plantas transgênicas férteis) estão descritos, por exemplo, nas Patentes U.S. 6.194.636 e 6.232.526 e na Publicação de Pedido de Patente U.S. 2004/0216189.When a recombinant DNA construct is used to produce a transgenic plant cell, transgenic plant or transgenic seed of this invention, the transformation can include any of the well-known and demonstrated methods and compositions. Suitable methods for plant transformation include virtually any method by which DNA can be introduced into a cell, such as by direct release of DNA (e.g., PEG-mediated protoplast transformation, by electroporation, by agitation with silicon carbide fibers). , and by acceleration of particles coated with DNA), by transformation mediated by Agrobacterium, by viral vectors and others, etc. A preferred method of plant transformation is bombardment with micro-projectiles, for example, as illustrated in U.S. Patents 5,015,580 (soybeans), 5,550,318 (corn), 5,538,880 (corn), 6,153,812 (wheat). , 6,160,208 (corn), 6,288,312 (rice) and 6,399,861 (corn) and 6,403,865 (corn). Another preferred method of plant transformation is Agrobacterium-mediated transformation. In a preferred embodiment of the invention, the transgenic plant cell of the invention is obtained by transformation using Agrobacterium that contains a binary Ti 5 plasmid system, wherein the Agrobacterium carries a first Ti plasmid and a second, chimeric plasmid that contains at least one T-DNA border of a wild-type Ti plasmid, a promoter functional in the transformed plant cell and operably linked to a gene suppression construct of the invention. See, for example, the binary system described in U.S. Patent 5,159,135. See also De Framond (1983) Biotechnology, 1:262-269; and Hoekema et al., (1983) Nature, 303:179. In such a binary system, the smallest plasmid, containing the T-DNA border or borders, can be conveniently constructed and manipulated in a suitable alternative host, such as E coli, and then transferred to Agrobacterium. Detailed procedures for Agrobacterium-mediated transformation of plants, especially crop plants, include, for example, the procedures described in U.S. Patents 5,004,863, 5,159,135, and 5,518,908 (cotton); 5,416,011, 5,569,834, 5,824,877 and 6,384,301 (soy); 5,591,616 (corn); 5,981,840 (corn); 5,463,174 (brassicas). Similar methods have been reported for many plant species, both dicotyledonous and monocotyledonous, including, among others, peanut (Cheng et al. (1996) Plant Cell Rep., 15: 653); asparagus (Bytebier et al. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 84:5345); barley (Wan & Lemaux (1994) Plant Physiol., 104:37); rice (Toriyama et al. (1988) Bio/Technology, 6:10; Zhang et al. (1988) Plant Cell Rep., 7:379; wheat (Vasil et al. (1992) Bio/Technology, 10:667; Becker etal. (1994) Plant J., 5:299), alfalfa (Masoud et al. (1996) Transgen. Res., 5:313); :426-431). CaMV35S. Transgenic plant cells and transgenic plants can also be obtained by transformation with other vectors, such as, but not limited to, viral vectors (e.g., tobacco etch potyvirus (TEV), barley striatum mosaic virus (BSMV). ) and viruses referenced in Edwardson & Christie, "The Potyvirus Group: Monograph No. 16, 1991, Agric. Exp. Station, Univ of Florida), plasmids, cosmids, YACs (yeast artificial chromosomes), BACs ( bacterial artificial chromosomes) or any other suitable cloning vector, when used with an appropriate transformation protocol, e.g., bacterial infection (e.g. with Agrobacterium as described above), binary bacterial artificial chromosome constructs, direct release of DNA (e.g. example, through PEG-mediated transformation, desiccation/inhibition-mediated DNA uptake, electroporation, agitation with silicon carbide fibers, and microprojectile bombardment). It will be clear to one skilled in the art that various transformation methodologies can be used and modified to produce stable transgenic plants from any number of plant species of interest. Transformation methods for providing transgenic plant cells and transgenic plants containing stably integrated recombinant DNA are preferably practiced in tissue culture medium and in a controlled environment. "Medium" refers to the various nutrient mixtures that are used to grow cells in vitro, that is, outside the intact living organism. Recipient target cells include, but are not limited to, meristem cells, callus, immature embryos or parts of embryos, gamete cells such as microspores, pollen, sperm and egg cells. Any cell from which a fertile plant can be regenerated is contemplated as a useful recipient cell for practicing the invention. Callus can be initiated from various tissue sources, including, but not limited to, immature embryos or parts of embryos, seedling apical meristems, microspores, and the like. Those cells that are capable of proliferating as callus can serve as receptor cells for genetic transformation. Practical methods and transformation materials for producing the transgenic plants of this invention (e.g., various media and recipient target cells, transformation of immature embryos, and subsequent regeneration of fertile transgenic plants) are described, for example, in U.S. Patents 6,194,636 and 6,232 526 and in U.S. Patent Application Publication 2004/0216189.
Na prática da transformação comum, o DNA é introduzido apenas em uma pequena porcentagem das células alvo em qualquer experi- 5 mento de transformação. Genes marcadores são geralmente usados para fornecer um sistema eficaz para identificação daquelas células que estão estavelmente transformadas por receber e integrar um constructo de DNA transgênico nos seus genomas. Genes marcadores preferidos fornecem marcadores seletivos que conferem resistência a um agente seletivo, tal co- 10 mo um antibiótico ou herbicida. Qualquer um dos antibióticos ou herbicidas aos quais uma célula de planta pode ser resistente pode ser um agente útil para seleção. Células potencialmente transformadas são expostas ao agente seletivo. Na população de células sobreviventes estarão aquelas células onde, geralmente, o gene que confere resistência está integrado e expresso 15 em níveis suficientes para permitir a sobrevivência da célula.In common transformation practice, DNA is introduced into only a small percentage of target cells in any transformation experiment. Marker genes are generally used to provide an effective system for identifying those cells that are stably transformed by receiving and integrating a transgenic DNA construct into their genomes. Preferred marker genes provide selective markers that confer resistance to a selective agent, such as an antibiotic or herbicide. Any of the antibiotics or herbicides to which a plant cell may be resistant can be a useful agent for selection. Potentially transformed cells are exposed to the selective agent. In the population of surviving cells will be those cells where, generally, the gene that confers resistance is integrated and expressed at levels sufficient to allow the cell to survive.
As células podem ser testadas adicionalmente para confirmar a integração estável do DNA recombinante. Genes marcadores seletivos co- mumente usados incluem aqueles que conferem resistência a antibióticos tais como canamicina ou paromomicina (nptll), higromicina B (aph IV) e gen- 20 tamicina (aac3 e aacC4) ou resistência a herbicidas tais como glifosinato (bar ou pat) e glifosato (EPSPS). Exemplos de genes marcadores seletivos úteis e agentes de seleção estão ilustrados nas Patentes U.S. 5.550.318, 5.633.435, 5.780.708 e 6.118.047. Marcadores ou repórteres rastreáveis, tais como marcadores que fornecem uma habilidade para identificar visual- 25 mente transform antes também podem ser empregados. Exemplos não limitantes de marcadores rastreáveis úteis incluem, por exemplo, um gene que expressa uma proteína que produz um cor detectável pela ação sobre um substrato cromogênico (por exemplo, beta-glicuronidase (GUS) (uidk) ou luciferase (luc) ou que é detectável por si mesmo, tal como a proteína verde 30 fluorescente (GFP) (gfp) ou uma molécula imunogênica. Aqueles versados na técnica reconhecerão que muitos outros marcadores ou repórteres úteis estão disponíveis para uso.Cells can be further tested to confirm stable integration of the recombinant DNA. Commonly used selective marker genes include those that confer resistance to antibiotics such as kanamycin or paromomycin (nptll), hygromycin B (aph IV) and gentamycin (aac3 and aacC4) or resistance to herbicides such as glyphosinate (bar or pat ) and glyphosate (EPSPS). Examples of useful selective marker genes and selection agents are illustrated in U.S. Patents 5,550,318, 5,633,435, 5,780,708 and 6,118,047. Traceable markers or reporters, such as markers that provide an ability to visually identify transformants, may also be employed. Non-limiting examples of useful traceable markers include, for example, a gene that expresses a protein that produces a detectable color by action on a chromogenic substrate (e.g., beta-glucuronidase (GUS) (uidk) or luciferase (luc) or that is detectable by itself, such as green fluorescent protein (GFP) (gfp) or an immunogenic molecule. Those skilled in the art will recognize that many other useful markers or reporters are available for use.
A detecção ou medida da alteração resultante na expressão de um gene alvo (ou expressão concomitante de um gene de interesse) obtida pela transcrição do constructo recombinante na planta transgênica da invenção pode ser obtida por quaisquer meios adequados, incluindo métodos de detecção de proteína (por exemplo, western blots, ELISAs e outros métodos imunoquímicos), medidas de atividade enzimática ou métodos de detecção de ácidos nucléicos (por exemplo, Southern blots, northern blots, PCR, RT- PCR, hibridização fluorescente in situ). Tais métodos são bem-conhecidos por aqueles versados na técnica como evidenciado pelos vários manuais disponíveis; vide, por exemplo, Joseph Sambrook & David W. Russell, "Mo- lecular Cloning: A Laboratory Manual" (terceira edição), Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, 2001; Frederick M. Ausubel et al. (editors) "Short Protocols in Molecular Biology" (quinta edição), John Wiley and Sons, 2002; John M. Walker (editor) “Protein Protocols Handbook" (segunda edição), Humana Press, 2002; e Leandro Pena (editor) "Transgênic Plants: Methods and Protocols”, Humana Press, 2004. Outros métodos adequados para detectar ou medir a alteração resultante na expressão de um gene alvo (ou expressão concomitante de um gene de interesse) obtida pela transcrição do DNA recombinante na planta transgênica da invenção incluem a medida de qualquer outra característica 20 que seja uma indicação direta ou representativa de expressão do gene alvo (ou expressão concomitante de um gene de interesse) na planta transgênica na qual o DNA recombinante é transcrito, em relação a uma na qual o DNA recombinante não é transcrito, por exemplo, características morfológicas grosseiras ou microscópicas, taxas de crescimento, rendimento, taxas de reprodução ou de recrutamento, resistência a pragas ou patógenos, ou resistência a estresse biótico ou abiótico (por exemplo, estresse por falta de água, estresse por sal, estresse por nutrientes, estresse por calor ou frio). Tais métodos podem usar medidas diretas de uma característica fenotípica ou ensaios substitutos (por exemplo, em plantas, esses ensaios incluem en- saios de parte da planta tais como ensaios de folha ou raiz para determinar a tolerância ao estresse abiótico). Os constructos de DNA recombinante da invenção podem ser adicionados com outro DNA recombinante para conferir características adi- cionais (por exemplo, no caso de plantas transformadas, características incluem resistência a herbicida, resistência a praga, tolerância a germinação no frio, tolerância a falta de água e semelhantes), por exemplo, pela expressão ou supressão de outros genes. Constructos para a diminuição ou aumento coordenado de expressão gênica estão descritos na Publicação de Pedido de Patente U.S. 2004/0126845 A1. Sementes de plantas transgênicas, férteis podem ser coletadas e usadas para cultivar de gerações de progénie, incluindo gerações híbridas, de plantas transgênicas dessa invenção que incluem o constructo de DNA recombinante nos seus genomas. Assim, além da transformação direta de uma planta com um constructo de DNA recombinante, plantas transgênicas da invenção podem ser preparadas pelo cruzamento de uma primeira planta que tem o DNA recombinante com uma segunda planta que não tem o constructo. Por exemplo, o DNA recombinante pode ser introduzido em uma linhagem de planta que é passível de transformação para produzir uma planta transgênica, que pode ser cruzada com uma segunda linhagem de planta para introduzir o DNA recombinante dentro da progénie resultante. Uma planta transgênica da invenção com um DNA recombinante (que efetua alteração de um gene alvo) pode ser cruzada com uma linhagem de planta que tem outro DNA recombinante que confere uma ou mais características adi-cionais (tais como, mas não limitadas a resistência a herbicida, resistência a praga ou doença, resistência a estresse ambiental, conteúdo de nutrientes modificado e melhoria no rendimento) para produzir plantas de progénie que têm o DNA recombinante que confere tanto o comportamento de expressão da seqüência alvo desejada como a(s) característica(s) adicional (ais). Tipicamente, em tal reprodução para combinar características a planta transgênica que doa a característica adicional é de linhagem masculina e a planta transgênica que carrega as características de base é de linhagem feminina. A progénie desse cruzamento se separa tal que algumas das plantas carregarão o DNA para ambas as características parentais e algumas carregarão o DNA para uma característica parenteral; tais plantas podem ser identificadas por marcadores associados com o DNA recombinante parental. Plantas de progénie que carregam o DNA para ambas as caracte- rísticas parentais podem ser novamente cruzadas com a linhagem feminina parental múltiplas vezes, por exemplo, geralmente de 6 a 8 gerações, para produzir uma planta de progénie com substancialmente o mesmo genótipo que uma linhagem parental transgênica original mas com o DNA recombi- 5 nante da outra linhagem parental transgênica. Outro aspecto da invenção ainda é uma planta transgênica cultivada a partir da semente transgênica da invenção. Essa invenção contempla plantas transgênicas cultivadas diretamente a partir de semente transgênica que contem o DNA recombinante assim como gerações de progénie de plan- 10 tas, incluindo linhagens de planta natural ou híbrida, feitas pelo cruzamento de uma planta transgênica cultivada diretamente a partir de semente trans- gênica com uma segunda planta não cultivada a partir da mesma semente Li transgênica. O cruzamento pode incluir, por exemplo, as seguintes etapas: 15 (a) sementes de planta da primeira planta parental (por exem plo, não-transgênica ou transgênica). e uma segunda planta parental que é transgênica de acordo com a invenção; (b) cultivo das sementes da primeira e segunda plantas parentais em plantas que têm flores; 20 (c) polinizar uma flor a partir da primeira parental com pólen da segunda parental; e (d) coletar sementes produzidas na planta parental que tem a flor fertilizada. Freqüentemente é desejável introduzir DNA recombinante em 25 variedades de elite, por exemplo, por retrocruzamento, para transferir uma característica específica desejável de uma fonte para uma planta natural ou outra planta que não tem aquela característica. Isso pode ser obtido, por exemplo, por cruzar primeiro um organismo de cruzamento superior ("A”) (parental recorrente) com um organismo de cruzamento doador ("B") (parental 30 não recorrente), que carrega o(s) gene(s) apropriado(s) para a característica em questão, por exemplo, um constructo preparado de acordo com a pre-sente invenção. A progénie desse cruzamento primeiro é selecionada na progénie resultante quanto a característica desejada a ser transferida para o parente não recorrente "B" e então a progénie selecionada é cruzada de novo com o parente recorrente superior "A". Após cinco ou mais gerações de retrocruzamento com seleção para a característica desejada, a progénie é homozigota para os loci que controlam a característica que está sendo transferida, mas é semelhante ao parente superior na maioria ou em quase todos os outros genes. A última geração de retrocruzamento pode ser autofecun- dada para dar uma progénie que é de geração pura para o(s) gene(s) sendo transferido(s), isto é, um ou mais eventos de transformação.Detection or measurement of the resulting change in expression of a target gene (or concomitant expression of a gene of interest) obtained by transcription of the recombinant construct in the transgenic plant of the invention can be achieved by any suitable means, including protein detection methods (e.g. example, western blots, ELISAs and other immunochemical methods), enzymatic activity measurements or nucleic acid detection methods (e.g. Southern blots, northern blots, PCR, RT-PCR, fluorescent in situ hybridization). Such methods are well known to those skilled in the art as evidenced by the various manuals available; see, for example, Joseph Sambrook & David W. Russell, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual" (third edition), Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, 2001; Frederick M. Ausubel et al. (editors) "Short Protocols in Molecular Biology" (fifth edition), John Wiley and Sons, 2002; John M. Walker (editor) “Protein Protocols Handbook” (second edition), Humana Press, 2002; and Leandro Pena (editor) “Transgenic Plants: Methods and Protocols”, Humana Press, 2004. Other methods suitable for detecting or measuring protein resulting change in expression of a target gene (or concomitant expression of a gene of interest) obtained by transcription of the recombinant DNA in the transgenic plant of the invention includes the measurement of any other characteristic that is a direct or representative indication of expression of the target gene ( or concomitant expression of a gene of interest) in the transgenic plant in which the recombinant DNA is transcribed, relative to one in which the recombinant DNA is not transcribed, e.g., gross or microscopic morphological characteristics, growth rates, yield, rates of reproduction or recruitment, resistance to pests or pathogens, or resistance to biotic or abiotic stress (e.g., water stress, salt stress, nutrient stress, heat or cold stress). Such methods may use direct measurements of a phenotypic trait or surrogate assays (for example, in plants, these assays include plant part assays such as leaf or root assays to determine tolerance to abiotic stress). The recombinant DNA constructs of the invention can be added with other recombinant DNA to confer additional characteristics (e.g., in the case of transformed plants, characteristics include herbicide resistance, pest resistance, tolerance to cold germination, tolerance to lack of water and the like), for example, by the expression or suppression of other genes. Constructs for the coordinated decrease or increase of gene expression are described in U.S. Patent Application Publication 2004/0126845 A1. Fertile, transgenic plant seeds can be collected and used to cultivate progeny generations, including hybrid generations, of transgenic plants of this invention that include the recombinant DNA construct in their genomes. Thus, in addition to directly transforming a plant with a recombinant DNA construct, transgenic plants of the invention can be prepared by crossing a first plant that has the recombinant DNA with a second plant that does not have the construct. For example, recombinant DNA can be introduced into a plant line that is amenable to transformation to produce a transgenic plant, which can be crossed with a second plant line to introduce the recombinant DNA into the resulting progeny. A transgenic plant of the invention with a recombinant DNA (which effects alteration of a target gene) can be crossed with a plant line that has another recombinant DNA that confers one or more additional characteristics (such as, but not limited to, resistance to herbicide, pest or disease resistance, resistance to environmental stress, modified nutrient content and improved yield) to produce progeny plants that have recombinant DNA that confers both the desired target sequence expression behavior and the trait(s)( s) additional(s). Typically, in such breeding for combining traits the transgenic plant that donates the additional trait is of male lineage and the transgenic plant carrying the base traits is of female lineage. The progeny of this cross separate such that some of the plants will carry DNA for both parental traits and some will carry DNA for one parental trait; such plants can be identified by markers associated with the parental recombinant DNA. Progeny plants that carry DNA for both parental traits can be backcrossed to the parental female line multiple times, for example, generally 6 to 8 generations, to produce a progeny plant with substantially the same genotype as a line. original transgenic parental line but with recombinant DNA from the other transgenic parental line. Yet another aspect of the invention is a transgenic plant cultivated from the transgenic seed of the invention. This invention contemplates transgenic plants grown directly from a transgenic seed containing recombinant DNA as well as generations of plant progeny, including natural or hybrid plant lines, made by crossing a transgenic plant grown directly from a transgenic seed. - genetic with a second plant not grown from the same transgenic Li seed. Crossbreeding may include, for example, the following steps: 15 (a) plant seeds from the first parental plant (e.g., non-transgenic or transgenic). and a second parental plant that is transgenic in accordance with the invention; (b) growing the seeds of the first and second parental plants into plants that have flowers; 20 (c) pollinate a flower from the first parent with pollen from the second parent; and (d) collect seeds produced on the parent plant that has the fertilized flower. It is often desirable to introduce recombinant DNA into elite varieties, for example, by backcrossing, to transfer a specific desirable trait from a source to a natural plant or another plant that does not have that trait. This can be achieved, for example, by first crossing a superior mating organism ("A") (recurrent parent) with a donor mating organism ("B") (non-recurrent parent), which carries the gene(s). (s) appropriate for the trait in question, for example, a construct prepared in accordance with the present invention The progeny of such a cross is first selected from the resulting progeny for the desired trait to be transferred to the non-recurrent parent. "B" and then the selected progeny is backcrossed to the superior recurrent parent "A". After five or more generations of backcrossing with selection for the desired trait, the progeny are homozygous for the loci controlling the trait being transferred. , but is similar to the superior parent in most or almost all other genes. The last backcross generation can be self-fertilized to give progeny that are pure generation for the gene(s) being transferred. , that is, one or more transformation events.
Através de uma série de manipulações de reprodução, um constructo de DNA selecionado pode ser passado de uma linhagem para outra linhagem inteiramente diferente sem a necessidade de manipulação recombinante adicional. Pode-se produzir assim plantas naturais que são gerações verdadeiras para um ou mais constructos de DNA. Pelo cruzamento de plantas naturais diferentes, pode-se produzir um grande número de híbridos diferentes com diferentes combinações de constructos de DNA. Dessa maneira, podem ser produzidas plantas que têm as propriedades agronômicas desejáveis freqüentemente associadas com híbridos (“vigor híbrido"), assim como as características desejáveis transmitidas por um ou mais constructos de DNA.Through a series of breeding manipulations, a selected DNA construct can be passed from one strain to an entirely different strain without the need for additional recombinant manipulation. One can thus produce natural plants that are true generations for one or more DNA constructs. By crossing different natural plants, a large number of different hybrids with different combinations of DNA constructs can be produced. In this way, plants can be produced that have the desirable agronomic properties often associated with hybrids ("hybrid vigor"), as well as the desirable characteristics transmitted by one or more DNA constructs.
Marcadores genéticos podem ser usados para auxiliar na introdução de um ou mais constructos de DNA da invenção de um antecedente genético para outro. A seleção auxiliada por marcador oferece vantagens em relação à reprodução convencional por que pode ser usada para evitar erros causados por variações fenotípicas. Além disso, marcadores genéticos podem fornecer dados em relação ao grau relativo de germoplasma de elite na progénie individual de um cruzamento em particular. Por exemplo, quando uma planta com uma característica desejada que de outra maneira tem um antecedente genético não agronomicamente desejável é cruzada com um parente de elite, marcadores genéticos podem ser usados para selecionar a progénie que possui não apenas a característica de interesse, mas também tem uma proporção relativamente grande do germoplasma desejado. Dessa maneira, o número de gerações necessárias para introduzir uma ou mais características em um antecedente genético em particular é minimizado. A utilidade da seleção auxiliada por marcador em cruzamento de plantas transgênicas da presente invenção, assim como tipos de marcadores moleculares úteis, tais como, mas não limitados a SSRs e SNPs, está discutida na Publicação de Pedido PCT WO 02/062129 e nas Publicações Pedido de 5 Patente U.S Números 2002/0133852, 2003/0049612 e 2003/0005491.Genetic markers can be used to assist in introducing one or more DNA constructs of the invention from one genetic background to another. Marker-aided selection offers advantages over conventional breeding because it can be used to avoid errors caused by phenotypic variations. Furthermore, genetic markers can provide data regarding the relative degree of elite germplasm in the individual progeny of a particular cross. For example, when a plant with a desired trait that otherwise has a non-agronomically desirable genetic background is crossed with an elite parent, genetic markers can be used to select progeny that not only possess the trait of interest, but also have a relatively large proportion of the desired germplasm. In this way, the number of generations required to introduce one or more characteristics into a particular genetic background is minimized. The utility of marker-aided selection in crossing transgenic plants of the present invention, as well as types of useful molecular markers, such as, but not limited to, SSRs and SNPs, is discussed in PCT Application Publication WO 02/062129 and in Publication Applications of 5 U.S Patent Numbers 2002/0133852, 2003/0049612 and 2003/0005491.
Em certas células de plantas transgênicas e plantas transgênicas da invenção, pode ser desejável expressar (ou suprimir) concomitantemente um gene de interesse enquanto também se regula a expressão de um gene alvo. Assim, em algumas modalidades, a planta transgênica contém o 10 DNA recombinante incluindo ainda um elemento de expressão (ou supressão) gênica para expressar pelo menos um gene de interesse, e regulação da expressão de gene alvo é preferivelmente efetuada com a expressão concomitante (ou supressão) de pelo menos um gene de interesse na planta transgênica.In certain transgenic plant cells and transgenic plants of the invention, it may be desirable to concomitantly express (or suppress) a gene of interest while also regulating the expression of a target gene. Thus, in some embodiments, the transgenic plant contains the recombinant DNA further including a gene expression (or suppression) element to express at least one gene of interest, and regulation of target gene expression is preferably effected with concomitant expression (or suppression) of at least one gene of interest in the transgenic plant.
Assim, como aqui descrito aqui, as células de planta transgênica ou plantas transgênicas da invenção podem ser obtidas pelo uso de qualquer método de transformação integrante ou não-integrante transitório ou estável apropriado, do conhecido na técnica ou descrito no momento. Os constructos de DNA recombinante podem ser transcritos em qualquer célula 20 ou tecido de planta ou em uma planta completa de qualquer estágio de desenvolvimento. Plantas transgênicas_podem ser derivadas de qualquer planta monocotiledônea ou dicotiledônea, tais como, mas não limitadas a plantas de interesse comercial ou agrícola, tais como plantas de cultivo (especialmente plantas de cultivo usadas para alimentação humana ou ração para 25 animais), árvores que produzem madeira ou polpa, hortaliças, plantas frutíferas e plantas ornamentais. Exemplos não limitantes de plantas de interesse incluem plantas de culturas de grãos (tais como trigo, aveia, cevada, milho, centeio, triticale, arroz, painço, sorgo, quinoa, amaranto, trigo sarraceno); plantas de culturas de forragem (tais como grama forrageira e dicotiledôneas 30 forrageiras incluindo alfafa, ervilhaca, trevo e semelhantes); cultura de plantas oleaginosas (tais como algodão, açafrão, girassol, soja, canola, colza, linhaça, amendoim e óleo de palma); árvores de nozes (tais como noz, caju, avelã, pecã, amêndoa e semelhantes); cana de açúcar, coco, tamareira, a- zeitona, chá e café; árvores que produzem madeira e polpa; vegetais tais como legumes (por exemplo, feijões, ervilhas, lentilhas, alfafa, amendoim), alface, aspargo, alcachofra, aipo, cenoura, rábano, brassicas (por exemplo, repolho, couve de folhas, mostarda e outras brássicas folhosas, brócolis, couve-flor, couve de Bruxelas, nabo, couve-rábano), cucurbitáceas comestíveis (pepino, melões, abobrinha, abóbora), alhos comestíveis (por exemplo, cebolas, alho, alho-poró, chalotas, cebolinha), membros comestíveis das Solanaceae (por exemplo, tomates, berinjelas, batatas, pimentas, amora amarela) e membros comestíveis das Chenopodiaceae (por exemplo, beterraba, acelga, espinafre, quinoa, amaranto); plantas de cultura de frutas tais como maçãs, pêra, frutas cítricas (por exemplo, laranja, lima, limão, toranja e outras), frutas com caroço (por exemplo, abricó, pêssego, ameixa, nectari- na), banana, abacaxi, uva, kiwi, papaia, abacate e cerejas; e plantas ornamentais incluindo plantas ornamentais com flores, árvores e arbustos orna-mentais, coberturas de solo ornamentais e gramas ornamentais. As plantas dicotiledôneas preferidas incluem, mas não são limitadas a canola, algodão, batata, quinoa, amaranto, trigo sarraceno, açafrão, soja, beterraba e girassol, mais preferivelmente soja, canola e algodão. Monocotiledôneas preferidas incluem, mas não são limitadas a trigo, aveia, cevada, milho, centeio, triticale, arroz, gramas ornamentais e forrageiras, sorgo, painço e cana de açúcar, mais preferivelmente milho, trigo e arroz. O objetivo principal na transformação de planta é produzir plantas que são úteis ao homem. Com relação a isso, as plantas transgênicas da invenção podem ser usadas virtualmente para qualquer propósito considerado de valor para o agricultor ou para o consumidor. Por exemplo, pode-se desejar colher a própria planta transgênica ou colher a semente transgênica da planta transgênica para propósitos de plantio ou podem ser feitos produtos a partir de plantas transgênicas ou suas sementes, tais como óleo, amido, etanol ou outros produtos de fermentação, ração animal ou alimento humano, fármacos e vários produtos industriais. Por exemplo, o milho é usado extensivamente na indústria alimentícia e de ração, assim como em aplicações industriais. Discussão adicional dos usos do milho pode ser encontrada, por exemplo, nas Patentes U.S. Números 6.194.636, 6.207.879, 6.232.526, 6.426.446, 6.429.357, 6.433.252, 6.437.217, e 6.583.338 e nas Publicações PCT WO 95/06128 e WO 02/057471. Assim, essa invenção também fornece produtos de consumo produzidos a partir de uma célula transgênica de planta, planta ou semente transgênicas dessa invenção, in- 5 cluindo, mas não limitado a folhas, raízes, brotos, tubérculos, caules, frutos, sementes ou outras partes de uma planta, cereais, óleos, extratos, produtos de fermentação ou digestão, grãos triturados ou inteiros ou sementes de uma planta ou qualquer produto alimentício ou não alimentício incluindo tais produtos de consumo produzidos a partir de uma célula de planta, planta ou semente transgênica dessa invenção. A detecção de uma ou mais seqüên- cias de ácidos nucléicos dos constructos de DNA recombinante dessa in venção em um ou mais produtos de consumo aqui contemplados é de facto evidência de que o produto de consumo contém ou é derivado de uma célula de planta, planta ou semente transgênica dessa invenção.Thus, as described herein, the transgenic plant cells or transgenic plants of the invention can be obtained by use of any appropriate transient or stable integral or non-integral transformation method known in the art or described at the time. The recombinant DNA constructs can be transcribed in any cell or plant tissue or in a complete plant of any stage of development. Transgenic plants may be derived from any monocotyledonous or dicotyledonous plant, such as, but not limited to, plants of commercial or agricultural interest, such as crop plants (especially crop plants used for human food or animal feed), trees that produce wood or pulp, vegetables, fruit plants and ornamental plants. Non-limiting examples of plants of interest include grain crop plants (such as wheat, oats, barley, corn, rye, triticale, rice, millet, sorghum, quinoa, amaranth, buckwheat); forage crop plants (such as forage grass and forage dicotyledons including alfalfa, vetch, clover and the like); cultivation of oilseed plants (such as cotton, saffron, sunflower, soybeans, canola, rapeseed, linseed, peanuts and palm oil); nut trees (such as walnut, cashew, hazelnut, pecan, almond and the like); sugar cane, coconut, date palm, olives, tea and coffee; trees that produce wood and pulp; vegetables such as legumes (e.g., beans, peas, lentils, alfalfa, peanuts), lettuce, asparagus, artichokes, celery, carrots, horseradish, brassicas (e.g., cabbage, kale, mustard greens and other leafy brassicas, broccoli, cauliflower, Brussels sprouts, turnips, kohlrabi), edible cucurbits (cucumbers, melons, zucchini, pumpkin), edible garlics (e.g. onions, garlic, leeks, shallots, chives), edible members of the Solanaceae (e.g., tomatoes, eggplants, potatoes, peppers, blackberries) and edible members of the Chenopodiaceae (e.g., beets, chard, spinach, quinoa, amaranth); fruit crop plants such as apples, pears, citrus fruits (e.g. orange, lime, lemon, grapefruit and others), stone fruits (e.g. apricot, peach, plum, nectarine), banana, pineapple, grapes, kiwi, papaya, avocado and cherries; and ornamental plants including ornamental flowering plants, ornamental trees and shrubs, ornamental ground covers and ornamental grasses. Preferred dicotyledonous plants include, but are not limited to, canola, cotton, potatoes, quinoa, amaranth, buckwheat, safflower, soybeans, beets and sunflowers, more preferably soybeans, canola and cotton. Preferred monocots include, but are not limited to, wheat, oats, barley, corn, rye, triticale, rice, ornamental and forage grasses, sorghum, millet and sugar cane, more preferably corn, wheat and rice. The main objective in plant transformation is to produce plants that are useful to humans. In this regard, the transgenic plants of the invention can be used for virtually any purpose considered to be of value to the farmer or consumer. For example, one may wish to harvest the transgenic plant itself or harvest the transgenic seed from the transgenic plant for planting purposes or products may be made from transgenic plants or their seeds, such as oil, starch, ethanol or other fermentation products. , animal feed or human food, pharmaceuticals and various industrial products. For example, corn is used extensively in the food and feed industry, as well as in industrial applications. Additional discussion of the uses of corn can be found, for example, in U.S. Patent Numbers 6,194,636, 6,207,879, 6,232,526, 6,426,446, 6,429,357, 6,433,252, 6,437,217, and 6,583,338 and in PCT Publications WO 95/06128 and WO 02/057471. Thus, this invention also provides consumer products produced from a transgenic plant cell, transgenic plant or seed of this invention, including, but not limited to leaves, roots, shoots, tubers, stems, fruits, seeds or other parts of a plant, cereals, oils, extracts, products of fermentation or digestion, crushed or whole grains or seeds of a plant or any food or non-food product including such consumer products produced from a plant cell, plant or seed transgenic version of this invention. The detection of one or more nucleic acid sequences of the recombinant DNA constructs of this invention in one or more consumer products contemplated herein is in fact evidence that the consumer product contains or is derived from a plant cell, plant or transgenic seed of this invention.
Em modalidades preferidas, a planta transgênica que tem no seu genoma um constructo de DNA recombinante dessa invenção tem pelo menos uma característica adicional alterada, em relação a uma planta que não tem o constructo de DNA recombinante, selecionada a partir do grupo de características que consiste em: (a) tolerância melhorada ao estresse abiótico; (b) tolerância melhorada ao estresse biótico; (c) composição de metabolite primário modificada; (d) composição de metabolite secundário modificada; (e) composição de elemento traço, carotenóide ou vitamina modificada; (f) rendimento melhorado; (g) habilidade melhorada em usar nitrogênio ou outros nutrientes; (h) características agronômicas modificadas; (i) crescimento ou características reprodutivas modificadas; e Q) colheita, armazenamento e qualidade de processamento melhorados.In preferred embodiments, the transgenic plant that has in its genome a recombinant DNA construct of this invention has at least one additional altered characteristic, relative to a plant that does not have the recombinant DNA construct, selected from the group of characteristics consisting of in: (a) improved tolerance to abiotic stress; (b) improved tolerance to biotic stress; (c) modified primary metabolite composition; (d) modified secondary metabolite composition; (e) trace element, carotenoid or modified vitamin composition; (f) improved yield; (g) improved ability to use nitrogen or other nutrients; (h) modified agronomic characteristics; (i) modified growth or reproductive characteristics; and Q) improved harvesting, storage and processing quality.
Em modalidades particularmente preferidas, a planta transgênica é caracterizada por: tolerância melhorada ao estresse abiótico (por exemplo, tolerância a falta de água ou estiagem, calor, frio, níveis não-ótimos de nutriente ou sal, níveis não-ótimos de luz) ou de estresse biótico (por exemplo, aglomeração, alelopatia ou lesão); por uma composição de metabolito primá- rio modificada (por exemplo, ácido graxo, óleo, aminoácido, proteína, açúcar ou carboidrato); composição de metabolito secundário modificada (por exemplo, alcalóides, terpenóides, policetídeos, peptídeos não-ribossomais e metabólitos secundários de origem biossintética mista); composição de elemento traço (por exemplo, ferro, zinco), carotenóide (por exemplo, beta- caroteno, licopeno, luteína, zeaxantina ou outros carotenóides e xantofilos) ou vitamina (por exemplo, tocoferóis) modificada; rendimento melhorado (por exemplo, rendimento melhorado sob condições sem estresse ou rendimento melhorado sob estresse biótico ou abiótico); habilidade melhorada de usar nitrogênio ou outros nutrientes; características agronômicas modificadas (por exemplo, maturação retardada, envelhecimento retardado; maturidade precoce ou retardada; tolerância à sombra melhorada; resistência melhorada ao acondicionamento da raiz ou caule; resistência melhorada a "green snap" de caule; resposta modificada de fotoperíodo de luz); características de crescimento ou reprodutivas modificadas (por exemplo, nanismo intencional; este- rilidade masculina intencional, útil em, por exemplo procedimentos de hibri- dização melhorados; taxa de crescimento vegetativo melhorada; germinação melhorada; fertilidade masculina ou feminina melhorada); colheita, armazenamento e qualidade de processamento melhorados (por exemplo, resistência melhorada a pragas durante armazenamento, resistência melhorada à quebra, atratividade melhorada para os consumidores); ou qualquer combinação dessas características.In particularly preferred embodiments, the transgenic plant is characterized by: improved tolerance to abiotic stress (e.g., tolerance to lack of water or drought, heat, cold, non-optimal nutrient or salt levels, non-optimal light levels) or from biotic stress (e.g. crowding, allelopathy or injury); by a modified primary metabolite composition (e.g., fatty acid, oil, amino acid, protein, sugar or carbohydrate); modified secondary metabolite composition (e.g. alkaloids, terpenoids, polyketides, non-ribosomal peptides and secondary metabolites of mixed biosynthetic origin); modified trace element (e.g., iron, zinc), carotenoid (e.g., beta-carotene, lycopene, lutein, zeaxanthin or other carotenoids and xanthophylls) or vitamin (e.g., tocopherols) composition; improved yield (e.g., improved yield under non-stress conditions or improved yield under biotic or abiotic stress); improved ability to use nitrogen or other nutrients; modified agronomic traits (e.g., delayed maturation, delayed senescence; early or delayed maturity; improved shade tolerance; improved resistance to root or stem conditioning; improved resistance to stem green snap; modified light photoperiod response); modified growth or reproductive characteristics (e.g., intentional dwarfism; intentional male sterility, useful in, for example, improved hybridization procedures; improved vegetative growth rate; improved germination; improved male or female fertility); improved harvesting, storage and processing quality (e.g. improved resistance to pests during storage, improved resistance to breakage, improved attractiveness to consumers); or any combination of these characteristics.
Em uma modalidade preferida, semente transgênica ou semente produzida pela planta transgênica, tem a composição do metaboóito primário modificada (por exemplo, ácido graxo, óleo, aminoácido, proteína, açúcar ou 30 carboidrato), composição de metabolito secundário modificada (por exemplo, alcalóides, terpenóides, policetídeos, peptídeos não -ribossomais e metabólitos secundários de origem biossintética mista), composição de elemento traço (por exemplo, ferro, zinco), carotenóide (por exemplo, beta-caroteno, lico- peno, luteína, zeaxantina ou outros carotenóides e xantofilos) ou vitamina (por exemplo, tocoferóis) modificada, colheita, armazenamento ou qualidade de processamento melhoradas ou uma combinação desses. Por exemplo, pode ser desejável modificar o aminoácido (por exemplo, lisina, metionina, triptofano ou proteína total), óleo (por exemplo, composição de ácido graxo ou óleo total), carboidrato (por exemplo, açúcares simples ou amidos), conteúdo de elemento traço, carotenóide ou vitamina de sementes de plantas cultiváveis (por exemplo, canola, algodão, açafrão, beterraba, girassol, trigo, milho ou arroz), preferivelmente em combinação com colheita de semente, armazenamento e qualidade de processamento melhorados e assim, fornecer sementes melhoradas para uso em rações animais e alimentos para humanos. Em outro exemplo, pode ser desejável alterar os níveis de componentes nativos da planta transgênica ou semente de planta transgênica, por exemplo, para diminuir os níveis de proteínas com baixos níveis de lisina, metionina ou triptofano ou para aumentar os níveis de um aminoácido ou ácido graxo desejados ou para diminuir os níveis de uma proteína ou glico- proteína alergênicas (por exemplo, alergenos do amendoim incluindo ara h 1, alergenos do trigo incluindo gliadinas e gluteninas, alergenos da soja incluindo o alergeno P34, globulinas, glicininas e conglicininas) ou de um metabolite tóxico (por exemplo, glicosídeos cianogênicos na mandioca, alcalóides de solanina em membros das Solanaceae).In a preferred embodiment, transgenic seed or seed produced by the transgenic plant, has modified primary metabolite composition (e.g., fatty acid, oil, amino acid, protein, sugar or carbohydrate), modified secondary metabolite composition (e.g., alkaloids , terpenoids, polyketides, non-ribosomal peptides and secondary metabolites of mixed biosynthetic origin), trace element composition (e.g. iron, zinc), carotenoid (e.g. beta-carotene, lycopene, lutein, zeaxanthin or other carotenoids and xanthophylls) or modified vitamin (e.g. tocopherols), improved harvesting, storage or processing quality or a combination thereof. For example, it may be desirable to modify the amino acid (e.g., lysine, methionine, tryptophan, or total protein), oil (e.g., fatty acid composition or total oil), carbohydrate (e.g., simple sugars or starches), trace element, carotenoid or vitamin from seeds of cultivable plants (e.g. canola, cotton, safflower, beetroot, sunflower, wheat, maize or rice), preferably in combination with improved seed harvest, storage and processing quality and thus provide improved seeds for use in animal feed and human food. In another example, it may be desirable to alter the levels of native components of the transgenic plant or transgenic plant seed, for example, to decrease the levels of proteins with low levels of lysine, methionine or tryptophan or to increase the levels of an amino acid or acid. desired fatty acids or to decrease levels of an allergenic protein or glycoprotein (e.g., peanut allergens including ara h 1, wheat allergens including gliadins and glutenins, soy allergens including P34 allergen, globulins, glycinins and conglycinins) or of a toxic metabolite (e.g., cyanogenic glycosides in cassava, solanine alkaloids in members of the Solanaceae).
Este ilustra exemplos não limitantes de constructos de DNA recombinante para supressão de pelo menos um gene alvo; esses constructos, quando projetados para incluir um sítio de reconhecimento de miRNA, permitem a expressão do elemento de supressão gênica em tecidos específicos. Figura 1A descreve esquematicamente exemplos não limitantes de constructos de DNA recombinante da invenção para supressão de pelo menos um gene alvo. Esses constructos incluem pelo menos um primeiro elemento de supressão gênica ("GSE" ou "GSE1") para suprimir pelo menos um primeiro gene alvo, em que o primeiro elemento de supressão gênica está inserido em um íntron flanqueado em um ou ambos os lados por um DNA que não codifica proteína. Esses constructos utilizam um íntron (em muitas modalidades um íntron derivado de uma região 5’ não traduzida ou um íntron que aumenta a expressão é preferido) para liberar um elemento de 5 supressão gênica sem necessitar da presença de quaisquer éxons que codifiquem proteína (seqüência codificante). Os constructos podem opcionalmente incluir pelo menos um segundo elemento de supressão gênica ("GSE21') para suprimir pelo menos um segundo gene alvo, pelo menos um elemento de expressão gênica ("GEE") para expressar pelo menos um gene 10 de interesse (que pode ser uma seqüência codificante ou não codificante ou ambas), ou ambos. Em modalidades que contêm um elemento de expressão gênica opcional, o elemento de expressão gênica pode estar localizado fora (por exemplo, adjacente a) do íntron. Em algumas modalidades, o íntron que contém o primeiro elemento de supressão gênica está a 3’ de um terminals dor. Para diferenciar mais claramente constructos de DNA recombinante da invenção (que contêm pelo menos um elemento de supressão gênica inserido dentro de um único íntron flanqueado em um ou ambos os lados por um DNA não codificante de proteína) da técnica anterior, a Figura 20 1B descreve esquematicamente exemplos de constructos de DNA da técni ca anterior. Esses constructos podem conter um elemento de supressão gênica que está localizado adjacente a um íntron flanqueado por uma seqüência codificante de proteína ou entre dois íntrons distintos (em que o elemento de supressão gênica não está inserido em nenhum dos dois íntrons distin- 25 tos) ou podem inciuir um elemento de expressão gênica que inclui um elemento de supressão gênica inserido dentro de um íntron que está flanqueado por múltiplos éxons (por exemplo, éxons que incluem a seqüência codificante de uma proteína).This illustrates non-limiting examples of recombinant DNA constructs for suppressing at least one target gene; These constructs, when designed to include a miRNA recognition site, allow expression of the gene suppression element in specific tissues. Figure 1A schematically depicts non-limiting examples of recombinant DNA constructs of the invention for suppressing at least one target gene. These constructs include at least one first gene suppression element ("GSE" or "GSE1") for suppressing at least one first target gene, wherein the first gene suppression element is inserted into an intron flanked on one or both sides by a DNA that does not code for protein. These constructs utilize an intron (in many embodiments an intron derived from a 5' untranslated region or an intron that enhances expression is preferred) to release a gene suppression element without requiring the presence of any protein-coding exons (coding sequence). ). The constructs may optionally include at least one second gene suppression element ("GSE21') to suppress at least one second target gene, at least one gene expression element ("GEE") to express at least one gene of interest (which may be a coding or non-coding sequence or both), or both. In embodiments that contain an optional gene expression element, the gene expression element may be located outside (e.g., adjacent to) the intron. intron containing the first gene suppression element is 3' to a terminal dor. To more clearly differentiate recombinant DNA constructs of the invention (which contain at least one gene suppression element inserted within a single intron flanked in one or both of the sides by a non-protein-coding DNA) of the prior art, Figure 20 1B schematically describes examples of prior art DNA constructs. These constructs may contain a gene suppression element that is located adjacent to an intron flanked by a coding sequence. of protein or between two distinct introns (in which the gene suppression element is not inserted into either of the two distinct introns) or may include a gene expression element that includes a gene suppression element inserted within an intron that is flanked by multiple exons (e.g., exons that include the coding sequence of a protein).
A Figura 2 descreve vários exemplos não limitantes de elemen- 30 tos de supressão gênica e DNAs exógenos capazes de ser transcritos úteis nos constructos de DNA recombinante da invenção. Onde desenhados como um filamento simples (Figuras 2A até 2E), esses são convencionalmente representados na direção transcricional 5’ para 3’ (esquerda para direita); as setas indicam a seqüência anti-sentido (a ponta da seta aponta para a esquerda), ou a seqüência sentido (ponta da seta apontando para direita). Esses elementos de supressão gênica e DNAs exógenos capazes de ser transcritos podem incluir: DNA que inclui pelo menos um segmento de DNA 5 anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo, ou DNA que inclui múltiplas cópias de pelo menos um segmento de DNA anti-sentido que é anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo (Figura 2A); DNA que inclui pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos um segmento 10 do pelo menos um primeiro gene alvo, ou DNA que inclui múltiplas cópias de pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo (Figura 2B); DNA que transcreve RNA ’ll suprimir o pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de RNA duplo filamento e inclui pelo menos um segmento de DNA anti-sentido que é anti- 15 sentido a peio menos um segmento do pelo menos um gene alvo e pelo menos um segmento de DNA sentido que é pelo menos, um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo (Figura 2C); DNA que transcreve RNA para suprimir o pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de um RNA único duplo filamento e inclui múltiplos segmentos seriados de DNA anti-sentido 20 que são anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo e múltiplos segmentos de DNA seriados sentido que são pelo menos um segmento de pelo menos um primeiro gene alvo (Figura 2D); DNA que transcreve RNA para suprimir pelo menos um primeiro gene alvo pela formação de múltiplos filamentos duplas de RNA e inclui múltiplos segmen- 25 tos de DNA anti-sentido que são anti-sentido a pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo e múltiplos segmentos de DNA sentido que têm pelo menos um segmento do pelo menos um primeiro gene alvo e em que os ditos múltiplos segmentos de DNA anti-sentido e os múltiplos segmentos de DNA de sentido estão arranjados em uma série de repetições 30 invertidas (Figura 2E); e DNA que inclui nucleotídeos derivados de um miR NA ou DNA que inclui nucleotídeos de um siRNA (Figura 2F). A Figura 2F representa vários arranjos não limitantes de RNA duplo filamento que podem ser transcritos a partir de modalidades dos ele- mentos de supressão gênica e DNAs exógenos capazes de ser transcritos úteis nos constructos de DNA recombinantes da invenção. Quando tal RNA duplo filamento é formado, ele pode suprimir um ou mais genes alvo, e pode formar um único RNA duplo filamento ou múltiplos filamentos duplas de RNA, ou um único "stem" ou múltiplos "stems" de RNA duplo filamento. Onde múltiplos "stems" de RNA duplo filamento são formados, eles podem ser arranjados em arranjos de "cabeça de martelo" ou "folha de trevo". Em algumas modalidades, os "stems" de filamento dupla podem formar um arranjo em "pseudo-nó" (por exemplo, quando o RNA espaçador ou de alça de um "stem" de filamento dupla forma parte de um segundo "stem" de filamento dupla); vide, por exemplo, descrições de arquiteturas de pseudo-nós em Staple & Butcher (2005) PLoS Biol., 3(6):e213. DNA espaçador (localizado entre ou adjacente a regiões de dsRNA) é opcional mas comumente incluído e geralmente inclui DNA que não corresponde ao gene alvo (embora em algumas modalidades possa incluir DNA sentido ou anti-sentido do gene alvo). DNA espaçador pode incluir seqüência que transcreve RNA de filamento simples ou pelo menos RNA de filamento parcialmente dupla (tal como em um arranjo "kissing stem-loop") ou um RNA que assume uma estrutura secundária ou configuração tridimensional (por exemplo, uma grande alça de seqüência anti-sentido do gene alvo ou um aptâmero) que confere ao transcrito uma característica adicional desejada, tal como estabilidade aumentada, meia-vida in vivo aumentada ou especificidade por célula ou tecido.Figure 2 describes several non-limiting examples of gene suppression elements and exogenous DNAs capable of being usefully transcribed into the recombinant DNA constructs of the invention. Where drawn as a single strand (Figures 2A to 2E), these are conventionally depicted in the 5' to 3' (left to right) transcriptional direction; the arrows indicate the antisense sequence (arrowhead pointing to the left), or the sense sequence (arrowhead pointing to the right). Such gene suppression elements and exogenous DNAs capable of being transcribed may include: DNA that includes at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one segment of the at least one first target gene, or DNA that includes multiple copies of at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one segment of the at least one first target gene (Figure 2A); DNA that includes at least one sense DNA segment that is at least one segment of the at least one first target gene, or DNA that includes multiple copies of at least one sense DNA segment that is at least one segment of the at least one first target gene (Figure 2B); DNA that transcribes RNA will suppress the at least one first target gene by forming double-stranded RNA and includes at least one antisense DNA segment that is antisense to at least one segment of the at least one target gene and at least at least one segment of sense DNA that is at least one segment of the at least one first target gene (Figure 2C); DNA that transcribes RNA to suppress the at least one first target gene by forming a single double-stranded RNA and includes multiple serial segments of antisense DNA that are antisense to at least one segment of the at least one first target gene and multiple sense serial DNA segments that are at least one segment of at least one first target gene (Figure 2D); DNA that transcribes RNA to suppress at least one first target gene by forming multiple double-stranded RNA and includes multiple antisense DNA segments that are antisense to at least one segment of the at least one first target gene and multiple segments of sense DNA having at least one segment of the at least one first target gene and wherein said multiple segments of antisense DNA and said multiple segments of sense DNA are arranged in a series of inverted repeats (Figure 2E ); and DNA that includes nucleotides derived from a miR NA or DNA that includes nucleotides from an siRNA (Figure 2F). Figure 2F depicts various non-limiting arrangements of double-stranded RNA that can be transcribed from embodiments of the gene suppression elements and exogenous DNAs capable of being usefully transcribed into the recombinant DNA constructs of the invention. When such double-stranded RNA is formed, it can suppress one or more target genes, and can form a single double-stranded RNA or multiple double-stranded RNA, or a single stem or multiple stems of double-stranded RNA. Where multiple double-stranded RNA "stems" are formed, they may be arranged in "hammerhead" or "cloverleaf" arrangements. In some embodiments, the double-stranded stems may form a "pseudo-knot" arrangement (e.g., when the spacer or loop RNA from one double-stranded stem forms part of a second double-stranded stem). pair); see, for example, descriptions of pseudo-node architectures in Staple & Butcher (2005) PLoS Biol., 3(6):e213. Spacer DNA (located between or adjacent to dsRNA regions) is optional but commonly included and generally includes DNA that does not correspond to the target gene (although in some embodiments it may include sense or antisense DNA of the target gene). Spacer DNA may include sequence that transcribes single-stranded RNA or at least partially double-stranded RNA (such as in a "kissing stem-loop" arrangement) or an RNA that assumes a secondary structure or three-dimensional configuration (e.g., a large loop antisense sequence of the target gene or an aptamer) that confers on the transcript an additional desired characteristic, such as increased stability, increased in vivo half-life, or cell or tissue specificity.
Esse exemplo descreve um método não limitante de determinação da utilidade potencial de um sítio de reconhecimento de miRNAs, pela determinação do padrão de expressão de miRNA. O conhecimento da distribuição espacial ou temporal de uma dada expressão de miRNA é útil, por exemplo, ao desenhar constructos recombinantes a serem expressos de uma maneira espacialmente ou temporalmente específica. Esse exemplo descreve padrões de expressão de miRNA maduro no milho e fornece seqüências de sítios de reconhecimento para esses miRNAs que são adequados para inclusão em constructos de DNA recombinante úteis no milho e em outras plantas. RNA total foi isolado de plantas de milho LH244 usando Trizol (Invitrogen, Carlsbad, CA). Sete estágios de desenvolvimento foram usados, incluindo raízes e meristemas de ramos de mudas em germinação, folhas jovens (V1 a V2) e adultas (V7 a V8), caule internodal, pendão antes da que- 5 da, e espigas imaturas (de aproximadamente 1") (2,54 cm). Cinco microgra- mas de RNA total foram separados em PAGE-Ureia 17% como descrito por Allen et al. (2004) Nat. Genet., 36:1282-1290. Os blots foram marcados com oligonucleotídeos de DNA que eram anti-sentido para a seqüência de pequeno RNA e marcados na extremidade com gama 32P-ATP usando Optiki- 10 nase (USB). As sondas usadas e suas respectivas seqüências são dadas na Tabela 1. Tabela 1 Os resultados são mostrados na Figura 3. Uma sonda (SEQ ID NO:1) hibridizou com miRNAs maduros de duas famílias (miR156 e 15 mÍR157). miRNAs maduros individuais foram expressos em níveis diferentes em células ou tecidos específicos. Por exemplo, Zm-miR390 não foi expresso ou expresso apenas em níveis baixos em raiz e folha adulta.This example describes a non-limiting method of determining the potential utility of a miRNA recognition site by determining the pattern of miRNA expression. Knowledge of the spatial or temporal distribution of a given miRNA expression is useful, for example, when designing recombinant constructs to be expressed in a spatially or temporally specific manner. This example describes mature miRNA expression patterns in maize and provides recognition site sequences for these miRNAs that are suitable for inclusion in recombinant DNA constructs useful in maize and other plants. Total RNA was isolated from LH244 corn plants using Trizol (Invitrogen, Carlsbad, CA). Seven developmental stages were used, including root and branch meristems of germinating seedlings, young (V1 to V2) and adult (V7 to V8) leaves, internodal stem, tassel before fall, and immature ears (approximately 1") (2.54 cm). Five micrograms of total RNA were separated on PAGE-17% Urea as described by Allen et al. (2004) Nat. Genet., 36:1282-1290. Blots were labeled with DNA oligonucleotides that were antisense to the small RNA sequence and end labeled with gamma 32P-ATP using Optikinase (USB). The probes used and their respective sequences are given in Table 1. Table 1. The results are shown in Figure 3. A probe (SEQ ID NO: 1) hybridized with mature miRNAs from two families (miR156 and 15 mÍR157). Individual mature miRNAs were expressed at different levels in specific cells or tissues. For example, Zm-miR390 was not expressed or expressed only at low levels in adult root and leaf.
Esse exemplo não limitante descreve constructos de DNA re-combinante da invenção, úteis para suprimir a expressão de um RNA alvo em uma célula específica de ou derivada de um eucarioto multicelular tal como uma célula de planta ou uma célula de animal e métodos para seu u- 5 so. Os constructos incluem um promotor operativamente ligado ao DNA que transcreve RNA incluindo pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro expresso em uma célula específica de um eucarioto multicelular, e um RNA alvo a ser suprimido na célula específica, em que o dito RNA alvo é para ser expresso em células do 10 eucarioto multicelular diferentes da célula específica. Promotores constitutivos fortes que são expressos em aproxi-madamente todas as células de planta foram identificados (por exemplo, CaMC 35S, OsAct), mas promotores específicos fortes espacialmente específicos (específico para célula ou tecido) e temporalmente específicos foram 15 menos bem caracterizados. Para limitar a expressão de RNA alvo ou transgene para um tipo específico de célula ou tecido na ausência de um promotor forte específico para célula ou para tecido, pode ser desejável suprimir em células ou tecidos selecionados a expressão de um transcrito sob o controle de um promotor constitutivo. A invenção fornece métodos que usam 20 seqüências de reconhecimento de miRNAs endógenos para suprimir a expressão de um RNA alvo constitutivamente expresso em células específicas.This non-limiting example describes recombinant DNA constructs of the invention useful for suppressing the expression of a target RNA in a specific cell of or derived from a multicellular eukaryote such as a plant cell or an animal cell and methods for their use. - 5 so. The constructs include a promoter operably linked to DNA that transcribes RNA including at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA expressed in a specific cell of a multicellular eukaryote, and a target RNA to be suppressed in the specific cell, wherein said target RNA is to be expressed in cells of the multicellular eukaryote other than the specific cell. Strong constitutive promoters that are expressed in approximately all plant cells have been identified (e.g., CaMC 35S, OsAct), but spatially specific (cell or tissue specific) and temporally specific strong promoters have been less well characterized. To limit the expression of target RNA or transgene to a specific cell or tissue type in the absence of a strong cell- or tissue-specific promoter, it may be desirable to suppress in selected cells or tissues the expression of a transcript under the control of a promoter. constitutive. The invention provides methods that use 20 endogenous miRNA recognition sequences to suppress the expression of a target RNA constitutively expressed in specific cells.
Métodos da invenção permitem controle pós-transcricional espa-cialmente ou temporalmente específico de expressão de um RNA alvo em que a transcrição é direcionada por um promotor não-específico (por exem- 25 pio, constitutivo). Os métodos da invenção permitem, por exemplo, a expressão restrita de um gene transcrito por um promotor constitutivo ou um promotor com expressão além do(s) tipo(s) de célula ou tecido desejados. A expressão restrita pode ser restrita espacialmente ou temporalmente, por exemplo, restrita aos tipos ou classes específicas de tecidos ou células ou a 30 estágios específicos de desenvolvimento, reprodução, crescimento e sazonal. Onde um miRNA é expresso sob condições particulares (por exemplo, sob estresse biótico tal como aglomeração, interações alelopáticas ou infes- tação por praga ou patógeno, ou estresse abiótico tal como estresse pelo calor ou frio, estresse por estiagem, estresse nutricional, estresse por metal pesado ou sal), o sítio de reconhecimento de miRNA correspondente pode ser usado para supressão condicionalmente específica, isto é, para suprimir 5 o RNA alvo sob a condição particular. Por exemplo, Zm-miR162 é pobremente expresso em raízes de milho (vide Exemplo 2 e Figura 3), portanto, desenhar um constructo de expressão para incluir um sítio de reconhecimento de miRNA162 exógeno adjacente a, ou dentro de, um RNA alvo constitutivamente expresso, pode 10 limitar o acúmulo de RNA alvo transcrito em todas as células de uma planta de milho com exceção das raízes. Esse método tem utilidade para todas as 1,1 aplicações de expressão gênica em que o dado miRNA maduro é expresso.Methods of the invention allow spatially or temporally specific post-transcriptional control of expression of a target RNA in which transcription is directed by a non-specific promoter (e.g., constitutive). The methods of the invention allow, for example, restricted expression of a gene transcribed by a constitutive promoter or a promoter with expression beyond the desired cell or tissue type(s). Restricted expression may be restricted spatially or temporally, for example, restricted to specific types or classes of tissues or cells or to specific developmental, reproductive, growth, and seasonal stages. Where a miRNA is expressed under particular conditions (e.g. under biotic stress such as crowding, allelopathic interactions or pest or pathogen infestation, or abiotic stress such as heat or cold stress, drought stress, nutritional stress, heavy metal or salt), the corresponding miRNA recognition site can be used for conditionally specific suppression, that is, to suppress the target RNA under the particular condition. For example, Zm-miR162 is poorly expressed in maize roots (see Example 2 and Figure 3), therefore, designing an expression construct to include an exogenous miRNA162 recognition site adjacent to, or within, a constitutively expressed target RNA , can limit the accumulation of target RNA transcripts in all cells of a corn plant except the roots. This method has utility for all 1.1 gene expression applications in which the given mature miRNA is expressed.
Em eucariotos multicelulares, incluindo plantas, microRNAs (miRNAs) regulam genes endógenos por um mecanismo de clivagem pós- 15 transcricional, que pode ser espacialmente ou temporalmente específico. A presente invenção fornece métodos pelos quais a adição de um sítio de reconhecimento de miRNA a um transgene expresso constitutivamente poderia ser usada para limitar a expressão do transgene às células que não têm, ou distantes daquelas que expressam, o miRNA maduro complementar tanto 20 espacialmente quanto temporalmente (incluindo condicionalmente). A manipulação desses sítios de reconhecimento de miRNA em novos transcritos introduzidos em células de planta transgênicas e plantas transgênicas derivadas dessas células, é útil para alterar padrões de expressão para o novo transgene.In multicellular eukaryotes, including plants, microRNAs (miRNAs) regulate endogenous genes by a post-transcriptional cleavage mechanism, which can be spatially or temporally specific. The present invention provides methods by which the addition of a miRNA recognition site to a constitutively expressed transgene could be used to limit expression of the transgene to cells that do not have, or are distant from those that express, the complementary mature miRNA both spatially and spatially. temporally (including conditionally). Manipulation of these miRNA recognition sites on new transcripts introduced into transgenic plant cells, and transgenic plants derived from these cells, is useful for altering expression patterns for the new transgene.
Em uma abordagem alternativa, um sítio de reconhecimento de miRNA existente (nativo ou endógeno) é mutado (por exemplo, por mutagê- nese química) o suficiente para reduzir ou impedir a clivagem (vide Mallory et al. (2004) Curr. Biol., 14:1035-1046). Dessa maneira, uma seqüência de RNA alvo com efeitos desejáveis, por exemplo, tamanho da folha ou semen- 30 te aumentado, pode ser expressa em níveis maiores do que quando o sítio de reconhecimento de miRNA nativo ou endógeno estava presente. Uma modalidade é substituir um gene nativo por um homólogo manipulado, em que o miRNA nativo tenha sido mutado ou até deletado, isto é menos suscetível a clivagem por um dado miRNA.In an alternative approach, an existing miRNA recognition site (native or endogenous) is mutated (e.g., by chemical mutagenesis) sufficiently to reduce or prevent cleavage (see Mallory et al. (2004) Curr. Biol. , 14:1035-1046). In this way, a target RNA sequence with desirable effects, for example, increased leaf or seed size, can be expressed at higher levels than when the native or endogenous miRNA recognition site was present. One modality is to replace a native gene with an engineered homologue, in which the native miRNA has been mutated or even deleted, that is, it is less susceptible to cleavage by a given miRNA.
Uma modalidade do método é a introdução de pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno (tipicamente uma seqüência de 21 nucleotídeos) nas regiões não traduzidas 5’ ou 3’ de um RNA alvo, ou dentro do RNA alvo. Onde o RNA alvo inclui a seqüência codificante, o pelo menos um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno pode ser introduzido na região codificante do RNA alvo. Isso resulta na expressão reduzida do RNA alvo em tipos de tecidos ou células que expressam o miRNA maduro correspondente. Pela inclusão de um sítio de reconhecimento que corresponde a um miRNA maduro em um transcrito de RNA alvo, é possível modular a expressão do RNA alvo de tal maneira que mesmo sob o controle de um promotor constitutivo, o RNA alvo é expresso apenas em células ou tecidos selecionados ou durante períodos temporais selecionados. Isso permite tanto os altos níveis de expressão obteníveis com promotores constitutivos fortes quanto a limitação espacial ou temporal de tal expressão. Qualquer sítio de reconhecimento de miRNA pode ser usado, preferivelmente onde a expressão do miRNA maduro correspondente tenha sido determinada para satisfazer a expressão ou supressão desejada do RNA alvo. Várias seqüências de reconhecimento de miRNA são conhecidas. Vide, por exemplo, Jones-Rhoades & Bartel (2004). Mol. Cell, 14:787-799, Rhoades et al. (2002) Cell, 110:513-520, Allen et al. (2004) Nat. Genet., 36:1282-1290). Vide também a base de dados na rede ASRP (Gustafson et al. (2005) Nucleic Acids Res., 33:D6379-D640). Exemplos não limitantes de sítios de reconhecimento de miRNA úteis em constructos e métodos da invenção incluem aqueles fornecidos na Tabela 2, que dá as seqüências de sítio de reconhecimento para a família de miRNA indicada e indica a distribuição entre "todas as plantas11 (isto é, plantas inferiores, monocotiledôneas e dicotiledôneas), monocotiledôneas e/ou dícotiledôneas. A espécie de planta a partir da qual o miRNA foi identificado e as abreviações usadas foram: A- rabidopsis thaliana (At), Glycine max (Gm), Gossypium hirsutum (Gh), Hor- deum vulgare (Hv), Lycopersicum esculentum (Le), Lotus comiculatus var. japonicus (sinônimo de 11 Lotus japonicus") (Lj), Medicago truncatula (Mt), Mesembryanthemum crystallinum (Me), Oryza saliva (Os), Pennisetum glau- cum (Pg), Phaseolus vulgaris (Pv), Populus tremula (Pt), Saccharum officina- rum (So), Sorghum bicolor (Sb), Theobroma cacao (To), Triticum aestivum (Ta), Vitis vinifera (Vv), e Zea mays (Zm). Tabela 2 Tabela 2 continuação Tabela 2 (continuação) Tabela 2 continuação Tabela 2 continuação Tabela 2 continuação Tabela 2 continuação One embodiment of the method is the introduction of at least one exogenous miRNA recognition site (typically a 21-nucleotide sequence) into the 5' or 3' untranslated regions of a target RNA, or within the target RNA. Where the target RNA includes the coding sequence, the at least one exogenous miRNA recognition site can be introduced into the coding region of the target RNA. This results in reduced expression of the target RNA in tissue or cell types that express the corresponding mature miRNA. By including a recognition site that corresponds to a mature miRNA in a target RNA transcript, it is possible to modulate the expression of the target RNA in such a way that even under the control of a constitutive promoter, the target RNA is expressed only in cells or selected fabrics or during selected time periods. This allows for both the high levels of expression obtainable with strong constitutive promoters and the spatial or temporal limitation of such expression. Any miRNA recognition site can be used, preferably where expression of the corresponding mature miRNA has been determined to satisfy the desired expression or suppression of the target RNA. Several miRNA recognition sequences are known. See, for example, Jones-Rhoades & Bartel (2004). Mol. Cell, 14:787-799, Rhoades et al. (2002) Cell, 110:513-520, Allen et al. (2004) Nat. Genet., 36:1282-1290). See also the database on the ASRP network (Gustafson et al. (2005) Nucleic Acids Res., 33:D6379-D640). Non-limiting examples of miRNA recognition sites useful in constructs and methods of the invention include those provided in Table 2, which gives the recognition site sequences for the indicated miRNA family and indicates the distribution among "all plants" (i.e., lower plants, monocotyledons and dicotyledons), monocotyledons and/or dicotyledons The plant species from which the miRNA was identified and the abbreviations used were: A- rabidopsis thaliana (At), Glycine max (Gm), Gossypium hirsutum (Gh). ), Hordeum vulgare (Hv), Lycopersicum esculentum (Le), Lotus comiculatus var. , Pennisetum glaucum (Pg), Phaseolus vulgaris (Pv), Populus tremula (Pt), Saccharum officina- rum (So), Sorghum bicolor (Sb), Theobroma cacao (To), Triticum aestivum (Ta), Vitis vinifera ( Vv), and Zea mays (Zm). Table 2 Table 2 continued Table 2 (continued) Table 2 continued Table 2 continued Table 2 continued Table 2 continued
Assim, uma planta transgênica que expressa um constructo de DNA recombinante que, sob o controle de um promotor constitutivo (por exemplo, um promotor 35S) transcreve um RNA que contém um sítio de re- 5 conhecimento de Zm-miR390 e um RNA alvo poderia seria esparado mostrar supressão da expressão do RNA alvo na raiz e folha adulta em relação à expressão em outros tecidos.Thus, a transgenic plant that expresses a recombinant DNA construct that, under the control of a constitutive promoter (e.g., a 35S promoter) transcribes an RNA that contains a Zm-miR390 recognition site and a target RNA could it would be expected to show suppression of target RNA expression in the root and adult leaf in relation to expression in other tissues.
Em outro exemplo, Zm-miR172 foi expresso em altos níveis no caule e não expresso, ou expresso apenas em baixos níveis em outros teci- 10 dos. Uma planta transgênica que expressa um constructo que, sob o controle de um promotor constitutivo forte (por exemplo, um promotor 35S de CaMV) transcreve um RNA que contém um sítio de reconhecimento de Zm- miR172 e um RNA alvo seria esperada expressar aquele RNA alvo em níveis mais elevados em outros tecidos que não o caule (onde a expressão do RNA alvo seria suprimida). Para ilustrar o uso dos constructos e métodos da invenção para controlar a expressão de um gene de interesse, um gene repórter é usado como o próprio gene de interesse ou como um substituto do gene de interesse. Por exemplo, onde a expressão de um gene repórter (por exemplo, proteína verde fluorescente, GFP) é desejada no caule do milho e no tecido 10 da espiga imatura, um sítio alvo de miR156 é incluído em um cassete de expressão de GFP e expresso em uma planta de milho estavelmente transgênica sob o controle do promotor CaMV35S. Em outros tecidos (por exemplo, raízes, folhas e pendões), a expressão de GFP é suprimida. O fenótipo de supressão pode ser limitado a tipos celulares muito específicos dentro dos 15 tecidos suprimidos, com células vizinhas mostrando expressão ou um gradiente de expressão de GFP adjacente àquelas células que expressam miR156 maduro.In another example, Zm-miR172 was expressed at high levels in the stem and not expressed, or expressed only at low levels, in other tissues. A transgenic plant that expresses a construct that, under the control of a strong constitutive promoter (e.g., a CaMV 35S promoter) transcribes an RNA that contains a Zm-miR172 recognition site and a target RNA would be expected to express that target RNA. at higher levels in tissues other than the stem (where target RNA expression would be suppressed). To illustrate the use of the constructs and methods of the invention to control the expression of a gene of interest, a reporter gene is used as the gene of interest itself or as a surrogate for the gene of interest. For example, where expression of a reporter gene (e.g., green fluorescent protein, GFP) is desired in corn stalk and immature ear tissue, a miR156 target site is included in a GFP expression cassette and expressed. in a stably transgenic maize plant under the control of the CaMV35S promoter. In other tissues (e.g., roots, leaves, and tassels), GFP expression is suppressed. The suppression phenotype may be limited to very specific cell types within the 15 suppressed tissues, with neighboring cells showing expression or a gradient of GFP expression adjacent to those cells expressing mature miR156.
Em outro exemplo, um promotor constitutivo forte é usado para direcionar a expressão de uma proteína ou fragmento de proteína inseticida 20 de Bacillus thuríngiensis ("Bt"), onde um sítio de reconhecimento de miRNA expresso especificamente no pólen está incluído no constructo, resultando em expressão forte de Bt em tecidos da planta exceto para o pólen.In another example, a strong constitutive promoter is used to direct the expression of a Bacillus thuringiensis ("Bt") insecticidal protein or protein fragment, where a pollen-specifically expressed miRNA recognition site is included in the construct, resulting in strong expression of Bt in plant tissues except for pollen.
Um exemplo específico, não limitante do método é a inclusão do sítio de reconhecimento para pelo menos um miRNA, que não é expresso 25 (ou expresso apenas em baixos níveis) nas raízes, em um constructo de DNA recombinante que inclui um RNA alvo do qual a expressão é desejada apenas nas raízes. Um promotor constitutivo forte (por exemplo, 35S intensificado) pode ainda ser usado, mas a expressão do RNA alvo está restrita agora às células que não expressam o miRNA maduro correspondente. Um 30 exemplo específico dessa abordagem é a inclusão de um sítio de reconhecimento de miRNA162 de milho, miRNA164 de milho ou miRNA390 de milho (ou qualquer combinação desses) em um constructo de DNA recombinante para expressão de uma proteína ou fragmento de proteína inseticida de Ba-cillus thuríngiensis ("Bt",vide, por exemplo, as seqüências inseticidas de Bacillus thuringiensis e métodos de uso dessas descritos na Patente U.S. Número 6.953.835 e no Pedido de Patente Provisório U.S. Número 60/713.111, 5 depositado em 31 de Agosto de 2005) como o RNA alvo, por exemplo, em um constructo que inclui o cassete de expressão e35S/Bt/hsp17. Esses miRNAs (por exemplo, miRNA162, miRNA164, ou mÍRNA390) não são subs-tancialmente expressos em raízes de milho mas são expressos na maioria dos outros tecidos. A inclusão de um ou mais desses sítios de reconheci- 10 mento dentro de um cassete de expressão., reduz a expressão de transcritos na maioria dos tecidos diferentes da raiz, mas mantém altos níveis de ex- 1,1 pressão de RNA alvo de Bt nas raízes, como é desejável para o controle de pragas tais como larva da raiz do milho. Em modalidades similares, combinações de sítios de reconhecimento de miRNA diferentes são incluídas no 15 constructo a fim de se obter o padrão de expressão desejado em um ou mais tecidos específicos.A specific, non-limiting example of the method is the inclusion of the recognition site for at least one miRNA, which is not expressed (or expressed only at low levels) in roots, in a recombinant DNA construct that includes a target RNA of which expression is desired only in the roots. A strong constitutive promoter (e.g., enhanced 35S) can still be used, but expression of the target RNA is now restricted to cells that do not express the corresponding mature miRNA. A specific example of this approach is the inclusion of a maize miRNA162, maize miRNA164, or maize miRNA390 recognition site (or any combination thereof) in a recombinant DNA construct for expression of a Ba insecticidal protein or protein fragment. -cillus thuringiensis ("Bt", see, for example, the insecticidal sequences of Bacillus thuringiensis and methods of use thereof described in U.S. Patent Number 6,953,835 and U.S. Provisional Patent Application Number 60/713,111, 5 filed on August 31 2005) as the target RNA, for example, in a construct that includes the e35S/Bt/hsp17 expression cassette. These miRNAs (e.g., miRNA162, miRNA164, or mRNA390) are not substantially expressed in maize roots but are expressed in most other tissues. The inclusion of one or more of these recognition sites within an expression cassette reduces transcript expression in most tissues other than the root, but maintains high levels of Bt target RNA expression. on the roots, as is desirable for controlling pests such as corn rootworm. In similar embodiments, combinations of different miRNA recognition sites are included in the construct in order to obtain the desired expression pattern in one or more specific tissues.
Exemplos específicos não limitantes de seqüência de DNA capaz de ser transcrita que inclui um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno estão descritos na Figura 4 e Figura 5. A Figura 4 descreve TIC809 20 direcionado para cloroplasto com um sítio de reconhecimento de miRNA162 (texto em negrito) localizado na região 3’ não traduzida (SEQ ID NO. 176). Figura 5 descreve TIC809 não direcionado com um sítio de reconhecimento de miRNA164 (texto em negrito) localizado na região 3’ não traduzida (SEQ ID NO. 177).Specific non-limiting examples of a DNA sequence capable of being transcribed that includes an exogenous miRNA recognition site are depicted in Figure 4 and Figure 5. Figure 4 depicts chloroplast-targeted TIC809 20 with a miRNA162 recognition site (bold text ) located in the 3' untranslated region (SEQ ID NO. 176). Figure 5 depicts non-targeted TIC809 with a miRNA164 recognition site (bold text) located in the 3' untranslated region (SEQ ID NO. 177).
Esse exemplo descreve a identificação de um gene MIR de uma planta de cultivo com expressão tecido-específica e identificação do promotor do gene miR. Mais particularmente, esse exemplo descreve o perfil de transcrição como um método não limitante de identificar um miRNA expresso 30 especificamente em tecido reprodutivo feminino (endosperma), assim como a identificação de uma seqüência promotora de miR167 de milho com expressão endosperma-específica. O sítio de reconhecimento correspondente a esse miRNA é útil, por exemplo, na produção de plantas transgênicas com esterilidade feminina induzível de acordo com essa invenção.This example describes the identification of a MIR gene from a crop plant with tissue-specific expression and identification of the miR gene promoter. More particularly, this example describes transcription profiling as a non-limiting method of identifying a miRNA specifically expressed in female reproductive tissue (endosperm), as well as identifying a maize miR167 promoter sequence with endosperm-specific expression. The recognition site corresponding to this miRNA is useful, for example, in the production of transgenic plants with inducible female sterility according to this invention.
Um membro da família de genes MIR167 (SEQ ID NO. 178) foi descoberto representar cerca de um quarto da população de pequeno RNA clonada do endosperma do milho em desenvolvimento. Para determinar se um único membro da família de genes MIR167 é responsável pela forte expressão observada no endosperma, vários genes de MIR167 foram analisados por RT-PCR. Nove seqüências stem-loop de MIR167 de Zea mays foram encontradas no registro público de miRNA ("miRBase", disponível na rede em microrna.sanger.ac.uk/sequences) listadas como miR167a até miR167í. RT-PCR tecido-específico foi realizado para várias das seqüências de miR167 de Z. mays usando iniciadores gene-específicos para a síntese de cDNA de primeiro filamento seguido por PCR com pares de iniciadores gene-específicos. A expressão de miR167 foi forte e específica para tecido de endosperma (15, 20 dias após a polinização). Para determinar se miR167g é abundantemente expresso no endosperma, Northern blots de milho (LH59) foram preparados. O blot foi marcado com uma sonda de LNA de 22-mer de miR167 madura com extre-midade marcada (Figura 6A), stripped, e re-marcado com uma sonda de ~400bp gene miR167g-específica (Figura 6B). O forte sinal do endosperma observado indicou que miR167g é amplamente responsável pela expressão aumentada no endosperma. O perfil de transcrição de tecidos de milho con-firmaram os resultados do Northern blot (Figura 6C); o transcrito que corres-ponde a miR167g estava abundantemente e especificamente expresso em tecido de endosperma.A member of the MIR167 gene family (SEQ ID NO. 178) was found to represent about a quarter of the small RNA population cloned from developing maize endosperm. To determine whether a single member of the MIR167 gene family is responsible for the strong expression observed in the endosperm, several MIR167 genes were analyzed by RT-PCR. Nine stem-loop sequences of MIR167 from Zea mays were found in the public miRNA registry ("miRBase", available online at microrna.sanger.ac.uk/sequences) listed as miR167a through miR167í. Tissue-specific RT-PCR was performed for several of the Z. mays miR167 sequences using gene-specific primers for first-strand cDNA synthesis followed by PCR with gene-specific primer pairs. Expression of miR167 was strong and specific to endosperm tissue (15, 20 days after pollination). To determine whether miR167g is abundantly expressed in the endosperm, Northern blots of maize (LH59) were prepared. The blot was labeled with a mature end-labeled miR167 22-mer LNA probe (Figure 6A), stripped, and relabeled with a ~400bp gene-specific miR167g probe (Figure 6B). The strong endosperm signal observed indicated that miR167g is largely responsible for the increased expression in the endosperm. Transcriptional profiling of maize tissues confirmed the Northern blot results (Figure 6C); the transcript corresponding to miR167g was abundantly and specifically expressed in endosperm tissue.
Uma seqüência de cDNA de 804 pares de base disponível publi-camente no GenBank (apontada como "ZM_BFb0071l20.r ZM_BFb Zea mays cDNA 5', mRNA sequence") e que tem o número de acesso DR827873.1 (Gl:71446823) está incorporada aqui por referência. Essa seqüência inclui um segmento (SEQ ID NO. 178) que corresponde ao miR167g maduro. Usando a seqüência pública, a análise de bio-informática foi realizada na a seqüência genômica de milho patenteada. Um grupamento genômico de 4,75 quilobases que inclui a seqüência da linhagem B73 de milho natural foi identificado como contendo seqüências de genes previstas para miR167a e miR167g. Uma região de 486 pares de bases entre os dois genes miR167 foi identificada como tendo homologia a uma seqüência de sinalizador de se- qüência expressa (EST). Motivos de promotor foram identificados nas seqüências à montante de ambos os transcritos previstos (miR167a e miR167g). Uma região de 1682 pares de bases (SEQ ID NO. 179) entre os transcritos de miR167a e miR167g previstos, e uma região menor de 674 pares de bases (SEQ ID NO. 180) entre o EST e o transcrito de miR167g previsto foi identifi- cada como seqüências promotoras de miR167g. Subgrupos dessas seqüên- cias (por exemplo, pelo menos cerca de 50, cerca de 100, cerca de 150, cerca 1,1 de 200, cerca de 250 ou cerca de 300 nucleotídeos de SEQ ID NO. 179 ou SEQ ID NO. 180 ou fragmentos de pelo menos cerca de 50, cerca de 100, cerca de 150 e cerca de 200 nucleotídeos contíguos que tem pelo menos 15 85%, pelo menos 90% ou pelo menos 95% de identidade a um segmento de SEQ ID NO. 179 ou SEQ ID NO. 180) também são úteis como promotores; seus efeitos promotores são demonstráveis por procedimentos bem- conhecidos na técnica (por exemplo, para direcionar a expressão de um gene repórter tal como luciferase ou proteína verde fluorescente). O mapa de ano- tação, incluindo localizações dos genes de miR167a e miR167g e miRNAs maduros e elementos promotores (por exemplo, TATA boxes), desse grupa-mento genômico é mostrado na Figura 7. O mapa de anotação também mostra a localização de motivos do fator responsivo a auxina (ARF) ou elementos de resposta a auxina com a seqüência TGTCTC (SEQ ID NO. 181), que indi- ca que a auxina pode regular a expressão de miR167g. miRNAs de miR167 maduro são complementares a ARF6 e ARF8 (que codificam ARFs ativado- ras) e tem sido propostos com regulando a homeostase da auxina; vide, por exemplo, Rhoades etal. (2002) Cell, 110:513-520, Bartel & Bartel (2003) Plant Physiol., 132:709-717, Ulmasov et al. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96:5844-5849, e Mallory et al. (2005) Plant Cell, 17:1360-1375.An 804 base pair cDNA sequence publicly available in GenBank (marked as "ZM_BFb0071l20.r ZM_BFb Zea mays cDNA 5', mRNA sequence") and having the accession number DR827873.1 (Gl:71446823) is incorporated here by reference. This sequence includes a segment (SEQ ID NO. 178) that corresponds to mature miR167g. Using the public sequence, bioinformatics analysis was performed on the patented maize genomic sequence. A 4.75-kilobase genomic cluster that includes the sequence from the natural maize line B73 was identified as containing predicted gene sequences for miR167a and miR167g. A 486 base pair region between the two miR167 genes was identified as having homology to an expressed sequence flag sequence (EST). Promoter motifs were identified in the upstream sequences of both predicted transcripts (miR167a and miR167g). A region of 1682 base pairs (SEQ ID NO. 179) between the predicted miR167a and miR167g transcripts, and a smaller region of 674 base pairs (SEQ ID NO. 180) between the EST and the predicted miR167g transcript were identified. - each as miR167g promoter sequences. Subgroups of these sequences (e.g., at least about 50, about 100, about 150, about 1.1 of 200, about 250, or about 300 nucleotides of SEQ ID NO. 179 or SEQ ID NO. 180 or fragments of at least about 50, about 100, about 150 and about 200 contiguous nucleotides that have at least 15 85%, at least 90% or at least 95% identity to a segment of SEQ ID NO 179. or SEQ ID NO. 180) are also useful as promoters; its promoting effects are demonstrable by procedures well known in the art (for example, to direct the expression of a reporter gene such as luciferase or green fluorescent protein). The annotation map, including gene locations of miR167a and miR167g and mature miRNAs and promoter elements (e.g., TATA boxes), of this genomic cluster is shown in Figure 7. The annotation map also shows the location of motifs of auxin responsive factor (ARF) or auxin response elements with the sequence TGTCTC (SEQ ID NO. 181), which indicates that auxin can regulate the expression of miR167g. Mature miR167 miRNAs are complementary to ARF6 and ARF8 (which encode activating ARFs) and have been proposed to regulate auxin homeostasis; see, for example, Rhoades etal. (2002) Cell, 110:513-520, Bartel & Bartel (2003) Plant Physiol., 132:709-717, Ulmasov et al. (1999) Proc. Natl. Academic. Sci. USA, 96:5844-5849, and Mallory et al. (2005) Plant Cell, 17:1360-1375.
Além das seqüências promotoras de miR167g (SEQ ID NO. 179 e SEQ ID NO. 180) identificadas da linhagem B73 de milho natural, duas seqüências promotoras adicionais de miR167g (SEQ ID NO. 182 e SEQ ID NO. 183) foram amplificadas a partir da linhagem natural LH244 de milho. As extremidade 3’ de SEQ ID NO. 182 e SEQ ID NO. 183 foram determinadas experimentalmente por 5’RACE (amplificação rápida de extremidades de cDNA, Invitrogen Corporation, Carlsbad, CA) de miR167g. A extremidade 5’ da seqüência de 768 pares de bases (SEQ ID NO. 182) corresponde à ex-tremidade de uma seqüência de DNA de 481 pares de bases disponível pu-blicamente no GenBank (anotada como "QCG17cO3.yg QCG Zea mays cD- NA clone QCG17cO3, seqüência de mRNA") e que tem o número de acesso CF035345.1 (GI:32930533). A extremidade 5’ da seqüência de 407 pares de bases (SEQ ID NO. 183) corresponde à extremidade de uma seqüência de DNA de 746 pares de bases disponível publicamente no GenBank (anotada como "MEST991„A06.T7-1 UGA-ZmSAM-XZ2 Zea mays cDNA, seqüência de mRNA") e que tem o número de acesso DN214085.1 (GI:60347112).In addition to the miR167g promoter sequences (SEQ ID NO. 179 and SEQ ID NO. 180) identified from the natural maize line B73, two additional miR167g promoter sequences (SEQ ID NO. 182 and SEQ ID NO. 183) were amplified from from the natural corn line LH244. The 3' ends of SEQ ID NO. 182 and SEQ ID NO. 183 were determined experimentally by 5'RACE (rapid amplification of cDNA ends, Invitrogen Corporation, Carlsbad, CA) of miR167g. The 5' end of the 768 base pair sequence (SEQ ID NO. 182) corresponds to the end of a 481 base pair DNA sequence publicly available in GenBank (annotated as "QCG17cO3.yg QCG Zea mays cD - NA clone QCG17cO3, mRNA sequence") and which has the accession number CF035345.1 (GI:32930533). The 5' end of the 407 base pair sequence (SEQ ID NO. 183) corresponds to the end of a 746 base pair DNA sequence publicly available in GenBank (annotated as "MEST991„A06.T7-1 UGA-ZmSAM- XZ2 Zea mays cDNA, mRNA sequence") and which has the accession number DN214085.1 (GI:60347112).
As seqüências promotoras de miR167g, gene de míR167g, mi-croRNA de miR167g maduro e sítio de reconhecimento de miR167g (exem-plos dos quais estão incluídos abaixo na Tabela 6) descritas aqui têm várias utilidades como descrito em outro lugar nessa descrição. Em particular, um promotor de miR167g é útil como um promotor endosperma-específico e pode ser usado, por exemplo, para substituir um promotor B32 de milho. Em outra utilidade, a seqüência de miR167g ou miR167g maduro (ou um precursor dessas) é manipulada para suprimir um gene alvo, especialmente quando a supressão deve ser específica para endosperma. O sítio de reconhecimento de miR167g é útil, por exemplo, em constructos para expressão gênica onde o gene deve ser expresso em outros tecidos que não o endosperma e especialmente útil na produção de plantas transgênicas com esterilidade feminina induzível de acordo com essa invenção.The miR167g promoter sequences, míR167g gene, mature miR167g microRNA and miR167g recognition site (examples of which are included below in Table 6) described here have several uses as described elsewhere in this description. In particular, a miR167g promoter is useful as an endosperm-specific promoter and can be used, for example, to replace a maize B32 promoter. In another use, the sequence of miR167g or mature miR167g (or a precursor thereof) is manipulated to suppress a target gene, especially when the suppression must be endosperm specific. The miR167g recognition site is useful, for example, in constructs for gene expression where the gene must be expressed in tissues other than the endosperm and especially useful in the production of transgenic plants with inducible female sterility according to this invention.
Os critérios atuais para identificação de miRNA têm enfatizado a conservação filogenética de miRNAs entre as espécies, e assim alguns miRNAs não conservados ou espécie-específicos em plantas foram caracte-rizados em plantas. Esse exemplo descreve métodos não limitantes para identificar miRNAs, seus padrões de expressão no tecido, seus sítios de re-conhecimento correspondentes e exemplos de alvos. Cinco novos miRNAs não-conservados e as correspondentes seqüências MIR foram identificados a partir de uma biblioteca de c-DNA fra- cionada por tamanho construída a partir de folhas de soja. Os critérios para identificação de miRNA incluíram: (1) um clone de pequeno RNA de 21-nt clonado, e um possível miRNA* (fita que corresponde ao miRNA) em uma abundância menor, (2) contenção do duplex de miRNA/miRNA* inteiramente dentro de uma estrutura de foldback pequena, imperfeita, (3) derivação do 10 miRNA a partir de um transcrito de RNA Pol II não codificante de proteína e (4) presença de um sítio alvo complementar em um gene codificante; vide 111 Ambros et al. (2003) RNA, 9:277-279. Pequenos RNAs foram extraídos de seqüências brutas que con-têm um adaptador e suas fitas foram determinadas. Esse grupo de seqüên- 15 cias foi filtrado para remover pequenas seqüências de RNA que eram RNA de vírus, tRNA, rRNA, de cloroplasto e de mitocôndria, e transgene, resultando em um grupo filtrado de 381.633 supostas seqüências de miRNA. Pequenos RNAs que não se originam das fontes acima e não são homólogos a miRNAs conhecidos foram mapeados com relação a seqüências de cDNA de soja. Para as seqüências de cDNA mapeadas com baixo conteúdo codifi-cante de proteína, um fragmento de seqüência de cDNA de cerca de 250 nucleotídeos, contendo o suposto miRNA, foi dobrado usando RNA Folder. A estrutura de foldback foi examinada para verificar se o pequeno RNA estava localizado no "stem11, e se um pequeno RNA extensivamente (mas não per- feitamente) complementar com menor abundância estava localizado no lado oposto do "stem’1. Os alvos potenciais do pequeno RNA são previstos com base em regras modificadas de Jones-Rhoades & Bartel (2004) Mol. Cell, 14:787-799, e Zhang (2005) Nucleic Acids Res., 33:W701-704. A Tabela 3 lista os cinco novos miRNAs não conservados clonados a partir de tecido de folha de soja e para cada um, miRNA* correspondente e primRNA(s); abun-dância ("abund") é dada como o número de vezes em que a seqüência ocor-reu em um total de 381.633 seqüências. Tabela 3 Para cada novo miRNA de soja, a estrutura de "foldback" das seqüências de precursor de miRNA foi prevista por um algoritmo ("RNAFol- der", baseado em RNAfold, disponível publicamente em www.tbi.univie.ac. at/~ivo/RNA/RNAfold.html), e o perfil de transcrição do precursor de miRNA obtido quando disponível, como listado na Tabela 4. Exemplos de alvos pre-vistos (sítios de reconhecimento) em soja e seus padrões de expressão i-dentificados foram identificados para dois dos miRNAs (SEQ ID NO. 184 e SEQ ID NO. 187). Tabela 4 Além disso, seqüências alvo (sítio de reconhecimento) para cada novo miRNA de soja foram identificadas a partir de bases de dados internos de soja ("MRTC"), como listado na Tabela 5. O número de nucleotídeos não pareados entre cada sítio de reconhecimento e a seqüência de miRNA ma- 5 duro varia entre 1 a 6 não pareamentos, que podem incluir intervalos ou nucleotídeos ‘'ausentes". Por exemplo, um intervalo é encontrado entre os nucleotídeos 7 e 8 em cada uma das SEQ ID NO. 220, SEQ ID NO. 221, SEQ ID NO. 223, SEQ ID NO. 224 e SEQ ID NO. 225. Tabela 5 Tabela 5 continuação Tabela 5 continuação Tabela 5 continuação Tabela 5 continuação Current criteria for miRNA identification have emphasized the phylogenetic conservation of miRNAs across species, and thus some non-conserved or species-specific miRNAs in plants have been characterized in plants. This example describes non-limiting methods for identifying miRNAs, their tissue expression patterns, their corresponding recognition sites, and example targets. Five novel non-conserved miRNAs and corresponding MIR sequences were identified from a size-fractionated c-DNA library constructed from soybean leaves. Criteria for miRNA identification included: (1) a cloned 21-nt small RNA clone, and a putative miRNA* (strand corresponding to the miRNA) at a lower abundance, (2) containment of the miRNA/miRNA* duplex entirely within a small, imperfect foldback structure, (3) derivation of the 10 miRNA from a non-protein-coding RNA Pol II transcript and (4) presence of a complementary target site in a coding gene; see 111 Ambros et al. (2003) RNA, 9:277-279. Small RNAs were extracted from raw sequences containing an adapter and their strands were determined. This group of 15 sequences was filtered to remove small RNA sequences that were virus RNA, tRNA, rRNA, chloroplast and mitochondrial RNA, and transgene, resulting in a filtered group of 381,633 putative miRNA sequences. Small RNAs that do not originate from the above sources and are not homologous to known miRNAs were mapped against soybean cDNA sequences. For mapped cDNA sequences with low protein-coding content, a cDNA sequence fragment of about 250 nucleotides, containing the putative miRNA, was folded using RNA Folder. The foldback structure was examined to see if the small RNA was located in 'stem11, and if an extensively (but not perfectly) complementary small RNA with lower abundance was located on the opposite side of 'stem'1. Potential small RNA targets are predicted based on rules modified from Jones-Rhoades & Bartel (2004) Mol. Cell, 14:787-799, and Zhang (2005) Nucleic Acids Res., 33:W701-704. Table 3 lists the five novel non-conserved miRNAs cloned from soybean leaf tissue and for each, corresponding miRNA* and primRNA(s); Abundance ("abundance") is given as the number of times the sequence occurred out of a total of 381,633 sequences. Table 3 For each new soybean miRNA, the foldback structure of the miRNA precursor sequences was predicted by an RNAfold-based algorithm (RNAFolder), publicly available at www.tbi.univie.ac. at/~ivo /RNA/RNAfold.html), and the miRNA precursor transcription profile obtained when available, as listed in Table 4. Examples of predicted targets (recognition sites) in soybean and their i-identified expression patterns were identified for two of the miRNAs (SEQ ID NO. 184 and SEQ ID NO. 187). Table 4 Additionally, target sequences (recognition site) for each new soybean miRNA were identified from internal soybean databases ("MRTC"), as listed in Table 5. The number of unpaired nucleotides between each recognition site and the hard miRNA sequence ranges from 1 to 6 mismatches, which may include gaps or "missing" nucleotides. For example, a gap is found between nucleotides 7 and 8 in each of SEQ ID NO. 220 , SEQ ID NO. 221, SEQ ID NO. Table 5 continued Table 5 continued Table 5 continued Table 5 continued
Esse exemplo descreve métodos não limitantes para identificação de miRNAs de uso na produção de plantas transgênicas com esterilidade induzível utilizáveis em métodos dessa invenção. Mas especificamente, 5 miRNAs que tem um padrão de expressão nos tecidos desejados (isto é, tecidos reprodutivos masculino ou feminino) foram identificados pela avaliação dos dados do perfil de transcrição (TxP).This example describes non-limiting methods for identifying miRNAs for use in the production of transgenic plants with inducible sterility usable in methods of this invention. But specifically, 5 miRNAs that have an expression pattern in the desired tissues (i.e., male or female reproductive tissues) were identified by evaluating transcriptional profiling (TxP) data.
Um procedimento comum para identificar miRNAs que tem um padrão de expressão nos tecidos desejados (isto é, tecidos reprodutivos 10 masculino ou feminino) inclui as etapas de: (a) fornecer uma seqüência inicial de miR que inclui a região *■' "stem-loop", por exemplo, a partir das seqüências de miR disponíveis publicamente na base de dados "miRBase" (disponível na rede em microrna.sanger.ac.uk/sequences); (b) aplicar algoritmos de análise de seqüência, tal comoA common procedure for identifying miRNAs that have a pattern of expression in desired tissues (i.e., male or female reproductive tissues) includes the steps of: (a) providing a starting miR sequence that includes the region *■' "stem- loop", for example, from publicly available miR sequences in the "miRBase" database (available online at microrna.sanger.ac.uk/sequences); (b) apply sequence analysis algorithms, such as
BLAST como é bem-conhecido na técnica (vide Altschul et al. (1990) J. Mol. Biol., 215:403-410) para identificar se-qüências homólogas ou idênticas (por exemplo, seqüências patenteadas em conjuntos de sondas (probeset) de microarranjo feitos com DNA do genoma completo do mi lho); e (c) analisar os perfis de transcrição das seqüências homólogas do conjunto de sondasidentificadas na etapa (b) e i- dentificar miRNAs que tem um padrão de expressão nos 25 tecidos desejados (isto é, tecidos reprodutivos masculinos ou femininos). Preferivelmente, uma quarta etapa é adicionada: (d) para seqüências de conjuntos de sonda homólogas desco-bertas ter os perfis de transcrição desejados, confirmando 30 a identificação do gene de miRNA tanto pelo alinhamento da seqüência de "stem-loop" da seqüência de miR inicial com a seqüência do conjunto de sonda, quanto por miR-BLAST as is well known in the art (see Altschul et al. (1990) J. Mol. Biol., 215:403-410) to identify homologous or identical sequences (e.g., patented sequences in probesets). ) microarrays made with DNA from the complete corn genome); and (c) analyze the transcription profiles of the homologous sequences from the probe set identified in step (b) and identify miRNAs that have an expression pattern in the desired 25 tissues (i.e., male or female reproductive tissues). Preferably, a fourth step is added: (d) for discovered homologous probe set sequences to have the desired transcriptional profiles, confirming identification of the miRNA gene by both stem-loop sequence alignment of the initial miR with the sequence of the probe set, as well as by miR-
NAs potencialmente novos, determinar que a seqüência que é prevista para se dobrar em uma estrutura de ’’stem-loop" característica de um miRNA. Também preferivelmente, uma etapa opcional é usada, em que uma ou mais comparações com BLAST contra grupos de dados de se- qüências adicionais diferentes dos grupos de dados das seqüências do conjunto de sondas são incluídas (antes da etapa (b) acima), permitindo a identificação adicional de sondas que caem fora da região de foldback prevista do gene de miR; falsos positivos, por exemplo, devido a pare-amentos nos grupos de dados da seqüência adicional que incluem contigs que sofreram entrançamento incorreto, são identificados pela sua falta de características de miRNA tais como estrutura de foldback apropriada, e removidos. O procedimento acima foi aplicado aos dados do perfil de trans-crição patenteado de milho. As Figuras 13 e 14 descrevem os perfis de transcrição de seqüências de conjuntos de sonda que foram identificados como incluindo genes de miRNA que tem os padrões de expressão deseja-dos, isto é, em tecido reprodutivo feminino (Figura 13) e em tecido reprodutivo masculino (Figurai4). Vários genes de miRNA e exemplos de seus sítios de reconhecimento correspondentes foram identificados por ser úteis na produção de planta transgênica com esterilidade induzível (Tabela 6). Dois membros da família miR166, miR166b e miR166d, partilharam uma seqüência de miRNA maduro idêntica e sítios de reconhecimento correspondentes, mas mostraram diferentes padrões de expressão, com miR166b sendo expresso apenas em embrião e miR166d sendo expresso em óvulo, embrião, estigma e raiz; assim, para fazer plantas indutivamente fêmea estéreis, miR166b seria preferido. Uma modalidade particularmente preferida de um miRNA útil para produção de plantas indutivamente fêmea-estéreis é miR167g específico para endosperma de milho (SEQ ID NO. 307), com ou sem G adicional na extremidade 3’; modalidades que têm G adicional na extremidade 3’ são 22-mers terminando em GG e tem sítios de reconhecimen- to correspondentes que também são preferivelmente 22-mers onde o nu- cleotídeo adicionado a extremidade 5’ é preferivelmente não pareado (ou seja, não é C). Além da utilidade desses e de miRNAs similares e seus sítios de reconhecimento correspondentes para produção e utilização de plantas 5 transgênicas, indutivamente estéreis, os promotores desses miRNAs maduros são úteis para direcionar a expressão de um transgene para o qual a expressão específica em um tecido reprodutivo é desejada, por exemplo, o promotor de miR167g é útil para direcionar a expressão específica em en-dosperma. Tabela 6 Tabela 6 continuação Potentially new NAs, determine the sequence that is predicted to fold into a stem-loop structure characteristic of a miRNA. Also preferably, an optional step is used, in which one or more BLAST comparisons against data sets of additional sequences different from the probe set sequence data groups are included (prior to step (b) above), allowing additional identification of probes that fall outside the predicted foldback region of the miR gene; for example, due to mismatches in additional sequence data groups that include contigs that have undergone incorrect splicing, they are identified by their lack of miRNA characteristics such as appropriate foldback structure, and removed. patented maize transcription profile. Figures 13 and 14 describe the transcription profiles of probe set sequences that have been identified as including miRNA genes that have the desired expression patterns, that is, in female reproductive tissue. (Figure 13) and in male reproductive tissue (Figure 14). Several miRNA genes and examples of their corresponding recognition sites have been identified to be useful in transgenic plant production with inducible sterility (Table 6). Two members of the miR166 family, miR166b and miR166d, shared an identical mature miRNA sequence and corresponding recognition sites, but showed different expression patterns, with miR166b being expressed only in embryo and miR166d being expressed in ovule, embryo, stigma and root; thus, to make plants inductively female sterile, miR166b would be preferred. A particularly preferred embodiment of a miRNA useful for producing inductively female-sterile plants is maize endosperm-specific miR167g (SEQ ID NO. 307), with or without additional G at the 3'end; embodiments that have additional G at the 3' end are 22-mers ending in GG and have corresponding recognition sites that are also preferably 22-mers where the nucleotide added to the 5' end is preferably unpaired (i.e., not is C). In addition to the utility of these and similar miRNAs and their corresponding recognition sites for the production and use of transgenic, inductively sterile plants, the promoters of these mature miRNAs are useful for directing the expression of a transgene for which specific expression in a reproductive tissue is desired, for example, the miR167g promoter is useful for directing specific expression in endosperm. Table 6 Table 6 continued
Esse é um exemplo não limitante de métodos para fazer de um constructo de DNA recombinante, útil em fazer uma planta transgênica, indu-tivamente estéril, que transcreve RNA que inclui: (a) pelo menos um sítio de 5 reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é especificamente expresso em tecido reprodutivo da planta; e (b) RNA mensageiro que codifica uma proteína que confere tolerância a um herbicida; em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo e em que a esterilidade da planta transgênica é 10 induzível pela aplicação do herbicida à planta. Um exemplo não limitante de um método para desenhar um sítio de reconhecimento de miRNA para uso em tal constructo de DNA recombinante está ilustrado aqui, em que a planta é milho e a proteína que confere tolerância a um herbicida é 5-enolpiruvil- chiquimato-3-fosfato sintase; métodos análogos são úteis com outras plantas 15 e outras proteínas.This is a non-limiting example of methods for making a recombinant DNA construct useful in making an inductively sterile, transgenic plant that transcribes RNA that includes: (a) at least one exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in plant reproductive tissue; and (b) messenger RNA encoding a protein that confers tolerance to a herbicide; in which the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in reproductive tissue and in which the sterility of the transgenic plant is inducible by application of the herbicide to the plant. A non-limiting example of a method for designing a miRNA recognition site for use in such a recombinant DNA construct is illustrated here, in which the plant is corn and the protein that confers tolerance to a herbicide is 5-enolpyruvyl-shikimate-3 -phosphate synthase; Analogous methods are useful with other plants and other proteins.
Esse método inclui as etapas de: (a) Selecionar uma seqüência alvo única de pelo menos 18 nucleotídeos específica para o RNA mensageiro que codifica 5-enolpiruvilchiquimato-3-fosfato sintase (EPSPS). 20 Uma abordagem é usar uma pesquisa com BLAST (por exemplo, tanto das bases de dados de cDNA quanto de DNA genômico de milho) para identificar ortólogos de EPSPS e quaisquer combinações potenciais a genes não relacionados, evitando dessa maneira o silenciamento não 25 intencional de seqüências não-alvo. (b) Analisar o RNA mensageiro para seqüências indesejáveis (por exemplo, pareamentos com seqüências de espécies não-alvo, especialmente animais) e pontuar cada segmento de 19-mer potencial quanto ao conteúdo de GC, escore 30 de Reynolds (vide Reynolds et al. (2004) Nature Biotech- noi., 22:326-330), e a assimetria funcional caracterizada por uma diferença negativa na energia livre ("ΔΔG") (vide Khvorova etal. (2003) Cell, 115:209-216). Preferivelmente 19-mers são selecionados por terem todas ou a maioria das seguintes características: (1) um escore de Reynolds >4, (2) um conteúdo de GC entre cerca de 40% a cerca de 60%, (3) um MG negativo, (4) uma adenosina terminal, (5) falta de uma série consecutiva de 4 ou mais dos mesmos nucleotídeos; (6) uma localização próxima da terminação 3’ do gene alvo. Preferivelmente, múltiplos 19-mers (3 ou mais) são selecionados para teste. (c) Determinar o complemento reverso dos 19-mers selecio-nados para usar na produção de um miRNA sintético de 21-mer; o nucleotídeo adicional na posição 20 é preferi-velmente pareado com a seqüência alvo selecionada e o nucleotídeo na posição 21 é preferivelmente escolhido para não ser pareado para impedir a transitoriedade. (d) Testar os miRNAs sintéticos, por exemplo, em um ensaio transitório de Nicotiana benthamiana para expressão de miRNA e repressão de alvo. (e) Clonar os miRNAs mais eficazes em um constructo para transformação estável de milho (vide as seções sob os títu-los "Fazendo e Usando Constructos de DNA Recombinan-te" e "Fazendo e Usando Células de Planta Transgênicas e Plantas T ransgênicas").This method includes the steps of: (a) Selecting a unique target sequence of at least 18 nucleotides specific for the messenger RNA encoding 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS). 20 One approach is to use a BLAST search (e.g., of both cDNA and maize genomic DNA databases) to identify EPSPS orthologs and any potential matches to unrelated genes, thereby avoiding unintentional silencing of non-target sequences. (b) Analyze the messenger RNA for undesirable sequences (e.g., pairings with sequences from non-target species, especially animals) and score each potential 19-mer segment for GC content, Reynolds score 30 (see Reynolds et al (2004) Nature Biotechnoi., 22:326-330), and functional asymmetry characterized by a negative difference in free energy ("ΔΔG") (see Khvorova etal. (2003) Cell, 115:209-216) . Preferably 19-mers are selected for having all or most of the following characteristics: (1) a Reynolds score >4, (2) a GC content between about 40% to about 60%, (3) a negative MG , (4) a terminal adenosine, (5) lack of a consecutive series of 4 or more of the same nucleotides; (6) a location close to the 3' end of the target gene. Preferably, multiple 19-mers (3 or more) are selected for testing. (c) Determine the reverse complement of the 19-mers selected for use in the production of a synthetic 21-mer miRNA; the additional nucleotide at position 20 is preferably paired with the selected target sequence and the nucleotide at position 21 is preferably chosen to be unpaired to prevent transience. (d) Test synthetic miRNAs, for example, in a Nicotiana benthamiana transient assay for miRNA expression and target repression. (e) Cloning the most effective miRNAs into a construct for stable maize transformation (see the sections under the headings "Making and Using Recombinant DNA Constructs" and "Making and Using Transgenic Plant Cells and Transgenic Plants" ).
Esse exemplo descreve a produção de plantas transgênicas, indutivamente estéreis e seus usos na produção de semente híbrida. Mais especificamente, esse exemplo descreve a produção de semente de milho híbrido a partir de uma planta parental de milho transgênica, indutivamente macho estéril e uma planta parental transgênica de milho indutivamente fê-mea estéril, em que a esterilidade é induzida pela aplicação de herbicida glifosato às plantas parentais.This example describes the production of transgenic, inductively sterile plants and their uses in hybrid seed production. More specifically, this example describes the production of hybrid corn seed from an inductively male sterile transgenic corn parent plant and an inductively female sterile transgenic corn parent plant, wherein sterility is induced by the application of glyphosate herbicide. to the parental plants.
Constructos de DNA recombinante são desenhados para trans- crever (a) um sítio de reconhecimento de miRNA exógeno reconhecível por um miRNA maduro que é expresso especificamente no tecido reprodutivo da planta; e (b) RNA mensageiro que codifica uma proteína (5-enolpiruvilchi- quimato-3-fosfato sintase) que confere tolerância ao um herbicida (glifosato); em que o miRNA maduro suprime especificamente a expressão da proteína no tecido reprodutivo e em que a esterilidade da planta transgênica é induzível pela aplicação do herbicida à planta. Cada constructo de DNA recombinante inclui uma seqüência que transcreve o RNA mensageiro que codifica 5-enolpiruvilchiquimato-3-fosfato sintase da cepa CP4 de Agrobacterium tu- mefaciens ("EPSPS-CP411), ATGCTTCACGGTGCAAGCAGCCGTCCAGCAACTGCTCGTAAGTCCTCTGGTCTTTCT GGAACCGTCCGTATTCCAGGTGACAAGTCTATCTCCCACAGGTCCTTCATGTTTGGA GGTCTCGCTAGCGGTGAAACTCGTATCACCGGTCTTTTGGAAGGTGAAGATGTTATC AACACTGGTAAGGCTATGCAAGCTATGGGTGCCAGAATCCGTAAGGAAGGTGATACT TGGATCATTGATGGTGTTGGTAACGGTGGACTCCTTGCTCCTGAGGCTCCTCTCGAT TTCGGTAACGCTGCAACTGGTTGCCGTTTGACTATGGGTCTTGTTGGTGTTTACGAT TTCGATAGCACTTTCATTGGTGACGCTTCTCTCACTAAGCGTCCAATGGGTCGTGTG TTGAACCCACTTCGCGAAATGGGTGTGCAGGTGAAGTCTGAAGACGGTGATCGTCTT CCAGTTACCTTGCGTGGACCAAAGACTCCAACGCCAATCACCTACAGGGTACCTATG GCTTCCGCTCAAGTGAAGTCCGCTGTTCTGCTTGCTGGTCTCAACACCCCAGGTATC ACCACTGTTATCGAGCCAATCATGACTCGTGACCACACTGAAAAGATGCTTCAAGGT TTTGGTGCTAACCTTACCGTTGAGACTGATGCTGACGGTGTGCGTACCATCCGTCTT GAAGGTCGTGGTAAGCTCACCGGTCAAGTGATTGATGTTCCAGGTGATCCATCCTCT ACTGCTTTCCCATTGGTTGCTGCCTTGCTTGTTCCAGGTTCCGACGTCACCATCCTT AACGTTTTGATGAACCCAACCCGTACTGGTCTCATCTTGACTCTGCAGGAAATGGGT GCCGACATCGAAGTGATCAACCCACGTCTTGCTGGTGGAGAAGACGTGGCTGACTTG CGTGTTCGTTCTTCTACTTTGAAGGGTGTTACTGTTCCAGAAGACCGTGCTCCTTCT ATGATCGACGAGTATCCAATTCTCGCTGTTGCAGCTGCATTCGCTGAAGGTGCTACC GTTATGAACGGTTTGGAAGAACTCCGTGTTAAGGAAAGCGACCGTCTTTCTGCTGTC GCAAACGGTCTCAAGCTCAACGGTGTTGATTGCGATGAAGGTGAGACTTCTCTCGTC GTGCGTGGTCGTCCTGACGGTAAGGGTCTCGGTAACGCTTCTGGAGCAGCTGTCGCT ACCCACCTCGATCACCGTATCGCTATGAGCTTCCTCGTTATGGGTCTCGTTTCTGAAAACCCTGTTACTGTTGATGATGCTACTATGATCGCTACTAGCTTCCCAGAGTTCATG GATTTGATGGCTGGTCTTGGAGCTAAGATCGAACTCTCCGACACTAAGGCTGCTTGA (SEQ ID NO. 344). Para conveniência de clonagem, cada constructo de DNA recombinante também inclui uma seqüência espaçadora na região 3’ não traduzida (3’UTR) localizada entre o RNA mensageiro e um terminador, TgagctcAAGAATTCGAGCTCGGTACCggatccTCTAGCTAG (SEQ ID NO. 345, com os sítios de restrição de Saci e BamHI indicados por letras minúsculas), que permite a inserção de um sítio de reconhecimento de miRNA entre os sítios de restrição de Saci e BamHI. O constructo de DNA para a esterilidade masculina induzível inclui a seqüência TqaqctcAAGAATTCGAAGACAATGCGATCCCUUUGGAGCTCGGTACCqqa tccTCTAGCTAG (SEQ ID NO. 346, com os sítios de restrição de Saci e Ba- 5 mHl indicados por letras minúsculas), que contém um sítio de reconhecimento de miRNA sintético (indicado por texto sublinhado), feito para ser reconhecido por um miR393, que é altamente expresso no pólen (vide Exemplo 6) e é um membro de uma família de miRNA relativamente pequena (reduzindo a possibilidade de que outros membros da mesma família de miRNA 10 suprimam EPSPS-CP4 em tecidos diferentes de pólen). O constructo de DNA para a esterilidade feminina induzível inclui a seqüência TqaqctcAAGAATTCGATCCGCTTTCTCTCTTCTGTCAGCTCGGTACCqqatc cTCTAGCTAG (SEQ ID NO. 347, com os sítios de restrição de Saci e Ba- 15 mH! indicados por letras minúsculas), que contém um sítio de reconhecimento de miRNA sintético (indicado pelo texto sublinhado), feito para ser reconhecido por um miR156j, que é altamente expresso no óvulo e semente precoce (vide Exemplo 6). Esse sítio de reconhecimento de miRNA inclui uma única base na posição 14, que pode ser preferivelmente pareada com uma 20 seqüência alvo para melhorar a especificidade para o reconhecimento de miR156j. O pareamento na extremidade 3’ do miRNA é reduzido (em relação a alvos endógenos), melhorando a especificidade para o reconhecimento de miR156j. Isso reduz a possibilidade de que outros membros da família de miR156 suprimirem EPSPS-CP4 em tecidos diferentes do óvulo e semente precoce. Cada um dos dois constructos de DNA recombinante (para esterilidade masculina induzível e esterilidade feminina induzível) é individual- 5 mente transformado em milho como descrito em "Fazendo e Usando Células de Planta Transgênicas e Plantas Transgênicas". Brevemente, um vetor para transformação de planta é preparado para cada um dos constructos de DNA recombinante como descrito em "Fazendo e Usando Constructos de DNA Recombinante" e usado para transformar tecido de planta de milho usando 10 transformação mediada por Agrobacterium e seleção com glifosato. Plantas transgênicas de cada evento de inserção transgênica são cultivadas e as sementes da progénie são produzidas por autopolinização ou cruzamento de rotina (como descrito em "Fazendo e Usando Células Transgênicas de Planta e Plantas Transgênicas"). As sementes da progénie incluem opcionalmen- 15 te outro DNA recombinante para conferir características adicionais (por e-xemplo, no caso de plantas transformadas, características que incluem resistência a herbicida, resistência a pragas, tolerância para germinação no frio, tolerância a falta de água e semelhantes). A partir dessas sementes de progénie, são selecionadas sementes transgênicas para serem cultivadas em 20 uma primeira planta parental (que contém em seu genoma o constructo de DNA recombinante para esterilidade masculina induzível) e sementes trans-gênicas para serem cultivadas em uma segunda planta parental (que contém no seu genoma o constructo de DNA recombinante para esterilidade feminina induzível). Uma planta mista é feita no campo, com uma proporção de se mente transgênica de milho que tem o constructo para esterilidade masculina induzível para semente transgênica que tem o constructo para esterilidade masculina induzível entre cerca de 1:4 a cerca de 1:10. A semente transgênica de milho é deixada germinar, fornecendo dessa maneira a primeira 30 planta parental com esterilidade masculina induzível (isto é, plantas parentais para ser polinizadas) e a segunda planta parental com esterilidade feminina induzível (isto é, plantas parentais polinizadoras). No(s) estágio(s) a- propriado(s) do desenvolvimento da planta, o herbicida glifosato é aplicado a primeira e a segunda plantas parentais por pulverização de uma quantidade eficaz para induzir esterilidade masculina nas primeiras plantas parentais e esterilidade feminina nas segundas plantas parentais. A semente coletada 5 do campo é uma semente híbrida produzida a partir de óvulos da primeira planta parental que foram polinizados pelo pólen da segunda planta parental. Todos os materiais e métodos descritos e reivindicados aqui podem ser feitos e usados sem experimentação excessiva como instruído pela descrição acima. Embora os materiais e métodos dessa invenção tenham 10 sido descritos em termos de modalidades preferidas e exemplos ilustrativos, será claro para aqueles versados na técnica que variações podem ser apli- 1,1 cadas aos materiais e métodos aqui descritos sem desconsiderar o conceito, espírito e escopo da invenção. Todos os tais substitutos similares e modificações claras para os versados na técnica são considerados estar dentro do 15 espírito, escopo e conceito da invenção como definido pelas reivindicações anexas.Recombinant DNA constructs are designed to transcribe (a) an exogenous miRNA recognition site recognizable by a mature miRNA that is specifically expressed in plant reproductive tissue; and (b) messenger RNA that encodes a protein (5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase) that confers tolerance to a herbicide (glyphosate); in which the mature miRNA specifically suppresses expression of the protein in reproductive tissue and in which the sterility of the transgenic plant is inducible by application of the herbicide to the plant. Each recombinant DNA construct includes a sequence that transcribes the messenger RNA encoding 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase from Agrobacterium tu-mefaciens strain CP4 ("EPSPS-CP411), ATGCTTCACGGTGCAAGCAGCCGTCCAGCAACTGCTCGTAAGTCCTCTGGTCTTTCT GGAACCGTCCGTATTCCAGGTGACAAGTCTATCTCCCACAGGTCCTTCATGTTTGGA GGTCTCGCTAGC GGTGAAACTCGTATCACCGGTCTTTTGGAAGGTGAAGATGTTATC AACACTGGTAAGGCTATGCAAGCTATGGGTGCCAGAATCCGTAAGGAAGGTGATACT TGGATCATTGATGGTGTTGGTAACGGTGGACTCCTTGCTCCTGAGGCTCCTCTCGAT TTCGGTAACGCTGCAACTGGTTGCCGTTTGACTATGGGTCTTGTTGGTGTTTACGAT TTCGATAGCACTTTCATTGGTGACGCTTCTCACT AAGCGTCCAATGGGTCGTGTG TTGAACCCACTTCGCGAAATGGGTGTGCAGGTGAAGTCTGAAGACGGTGATCGTCTT CCAGTTACCTTGCGTGGACCAAAGACTCCAACGCCAATCACCTACAGGGTACCTATG GCTTCCGCTCAAGTGAAGTCCGCTGTTCTGCTTGCTGGTCCAACACCCCAGGTATC ACCACTGTTATCGAGCCAATCATGACTCGTGACCACACTGAAAAGATGCTTCAAGGT TTTGGTGCTAACCTTACCGTTGAGACTGATGCTGACGGTGTGCGTACCATCCGTCTT GAAGGTCGTGGTAAGCTCACCGGTCAAGTGATTGATGTTCCAGGTGATCCATCCTCT ACTGCTTTCCCATTGGTTGCTGCCTTGCTTGTTCCAGGTTCCGACGTCACCATCCTT AACGTTTTGATGAACCCAACCCGTACTGGTCTCATCTTGACTCTGCAGGAAATGGGT GCCGACATCGAAGTGATCAACCCACGTCTTGCTGGTGGAGAAGACGTGGCTGACTTG CGTGTTCGTTCTTCTACTTTGA AGGGTGTTACTGTTCCAGAAGACCGTGCTCCTTCT ATGATCGACGAGTATCCAATTCTCGCTGTTGCAGCTGCATTCGCTGAAGGTGCTACC GTTATGAACGGTTTGGAAGAACTCCGTGTTAAGGAAAGCGACCGTCTTTCTGCTGTC GCAAACGGTCTCAAGCTCAACGGTGTTGATTGCGATGAAGGTGAGACTTCTCTCGTC GTGCGTGGTCGTCCTGACGGTAAGGGTCTCGGTAACGCTTCTGGAGC AGCTGTCGCT ACCCACCTCGATCACCGTATCGCTATGAGCTTCCTCGTTATGGGTCTCGTTTCTGAAAACCCTGTTACTGTTGATGATGCTACTATGATCGCTACTAGCTTCCCAGAGTTCATG GATTTGATGGCTGGTCTTGGAGCTAAGATCGAACTCTCCGACACTAAGGCTGCTTGA (SEQ ID NO. 344). For cloning convenience, each recombinant DNA construct also includes a spacer sequence in the 3' untranslated region (3'UTR) located between the messenger RNA and a terminator, TgagctcAAGAATTCGAGCTCGGTACCggatccTCTAGCTAG (SEQ ID NO. 345, with the Saci restriction sites and BamHI indicated by lowercase letters), which allows the insertion of a miRNA recognition site between the Saci and BamHI restriction sites. The DNA construct for inducible male sterility includes the sequence TqaqctcAAGAATTCGAAGACAATGCGATCCCUUUGGAGCTCGGTACCqqa tccTCTAGCTAG (SEQ ID NO. 346, with the Saci and Ba-5 mHl restriction sites indicated by lowercase letters), which contains a synthetic miRNA recognition site (indicated by underlined text), made to be recognized by a miR393, which is highly expressed in pollen (see Example 6) and is a member of a relatively small miRNA family (reducing the possibility that other members of the same miRNA family 10 suppress EPSPS-CP4 in tissues other than pollen). The DNA construct for inducible female sterility includes the sequence TqaqctcAAGAATTCGATCCGCTTTCTCTCTTCTGTCAGCTCGGTACCqqatc cTCTAGCTAG (SEQ ID NO. 347, with the Saci and Ba-15 mH! restriction sites indicated by lowercase letters), which contains a synthetic miRNA recognition site ( indicated by underlined text), made to be recognized by a miR156j, which is highly expressed in the ovule and early seed (see Example 6). This miRNA recognition site includes a single base at position 14, which can be preferably paired with a target sequence to improve specificity for miR156j recognition. Pairing at the 3' end of the miRNA is reduced (relative to endogenous targets), improving specificity for miR156j recognition. This reduces the possibility that other members of the miR156 family suppress EPSPS-CP4 in tissues other than the ovule and early seed. Each of the two recombinant DNA constructs (for inducible male sterility and inducible female sterility) is individually transformed into corn as described in "Making and Using Transgenic Plant Cells and Transgenic Plants". Briefly, a vector for plant transformation is prepared for each of the recombinant DNA constructs as described in "Making and Using Recombinant DNA Constructs" and used to transform corn plant tissue using Agrobacterium-mediated transformation and glyphosate selection. Transgenic plants from each transgenic insertion event are grown and progeny seeds are produced by self-pollination or routine crossing (as described in "Making and Using Transgenic Plant Cells and Transgenic Plants"). The progeny seeds optionally include other recombinant DNA to confer additional traits (for example, in the case of transformed plants, traits including herbicide resistance, pest resistance, tolerance for cold germination, tolerance to lack of water and the like). From these progeny seeds, transgenic seeds are selected to be cultivated in a first parental plant (which contains in its genome the recombinant DNA construct for inducible male sterility) and transgenic seeds to be cultivated in a second parental plant ( which contains in its genome the recombinant DNA construct for inducible female sterility). A mixed plant is made in the field, with a ratio of transgenic corn seed that has the construct for inducible male sterility to transgenic seed that has the construct for inducible male sterility between about 1:4 to about 1:10. The transgenic corn seed is allowed to germinate, thereby providing the first parental plant with inducible male sterility (i.e., parental plants to be pollinated) and the second parental plant with inducible female sterility (i.e., pollinating parental plants). At the appropriate stage(s) of plant development, the herbicide glyphosate is applied to the first and second parental plants by spraying an amount effective to induce male sterility on the first parental plants and female sterility on the second. parental plants. The seed collected 5 from the field is a hybrid seed produced from ovules of the first parental plant that were pollinated by pollen from the second parental plant. All materials and methods described and claimed herein can be made and used without undue experimentation as instructed by the above description. Although the materials and methods of this invention have been described in terms of preferred embodiments and illustrative examples, it will be clear to those skilled in the art that variations may be applied to the materials and methods described herein without disregarding the concept, spirit and scope of the invention. All such similar substitutes and modifications clear to those skilled in the art are considered to be within the spirit, scope and concept of the invention as defined by the appended claims.
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